OSDN Git Service

XArray: Regularise xa_reserve
[uclinux-h8/linux.git] / lib / xarray.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 /*
3  * XArray implementation
4  * Copyright (c) 2017 Microsoft Corporation
5  * Author: Matthew Wilcox <willy@infradead.org>
6  */
7
8 #include <linux/bitmap.h>
9 #include <linux/export.h>
10 #include <linux/list.h>
11 #include <linux/slab.h>
12 #include <linux/xarray.h>
13
14 /*
15  * Coding conventions in this file:
16  *
17  * @xa is used to refer to the entire xarray.
18  * @xas is the 'xarray operation state'.  It may be either a pointer to
19  * an xa_state, or an xa_state stored on the stack.  This is an unfortunate
20  * ambiguity.
21  * @index is the index of the entry being operated on
22  * @mark is an xa_mark_t; a small number indicating one of the mark bits.
23  * @node refers to an xa_node; usually the primary one being operated on by
24  * this function.
25  * @offset is the index into the slots array inside an xa_node.
26  * @parent refers to the @xa_node closer to the head than @node.
27  * @entry refers to something stored in a slot in the xarray
28  */
29
30 static inline unsigned int xa_lock_type(const struct xarray *xa)
31 {
32         return (__force unsigned int)xa->xa_flags & 3;
33 }
34
35 static inline void xas_lock_type(struct xa_state *xas, unsigned int lock_type)
36 {
37         if (lock_type == XA_LOCK_IRQ)
38                 xas_lock_irq(xas);
39         else if (lock_type == XA_LOCK_BH)
40                 xas_lock_bh(xas);
41         else
42                 xas_lock(xas);
43 }
44
45 static inline void xas_unlock_type(struct xa_state *xas, unsigned int lock_type)
46 {
47         if (lock_type == XA_LOCK_IRQ)
48                 xas_unlock_irq(xas);
49         else if (lock_type == XA_LOCK_BH)
50                 xas_unlock_bh(xas);
51         else
52                 xas_unlock(xas);
53 }
54
55 static inline bool xa_track_free(const struct xarray *xa)
56 {
57         return xa->xa_flags & XA_FLAGS_TRACK_FREE;
58 }
59
60 static inline void xa_mark_set(struct xarray *xa, xa_mark_t mark)
61 {
62         if (!(xa->xa_flags & XA_FLAGS_MARK(mark)))
63                 xa->xa_flags |= XA_FLAGS_MARK(mark);
64 }
65
66 static inline void xa_mark_clear(struct xarray *xa, xa_mark_t mark)
67 {
68         if (xa->xa_flags & XA_FLAGS_MARK(mark))
69                 xa->xa_flags &= ~(XA_FLAGS_MARK(mark));
70 }
71
72 static inline unsigned long *node_marks(struct xa_node *node, xa_mark_t mark)
73 {
74         return node->marks[(__force unsigned)mark];
75 }
76
77 static inline bool node_get_mark(struct xa_node *node,
78                 unsigned int offset, xa_mark_t mark)
79 {
80         return test_bit(offset, node_marks(node, mark));
81 }
82
83 /* returns true if the bit was set */
84 static inline bool node_set_mark(struct xa_node *node, unsigned int offset,
85                                 xa_mark_t mark)
86 {
87         return __test_and_set_bit(offset, node_marks(node, mark));
88 }
89
90 /* returns true if the bit was set */
91 static inline bool node_clear_mark(struct xa_node *node, unsigned int offset,
92                                 xa_mark_t mark)
93 {
94         return __test_and_clear_bit(offset, node_marks(node, mark));
95 }
96
97 static inline bool node_any_mark(struct xa_node *node, xa_mark_t mark)
98 {
99         return !bitmap_empty(node_marks(node, mark), XA_CHUNK_SIZE);
100 }
101
102 static inline void node_mark_all(struct xa_node *node, xa_mark_t mark)
103 {
104         bitmap_fill(node_marks(node, mark), XA_CHUNK_SIZE);
105 }
106
107 #define mark_inc(mark) do { \
108         mark = (__force xa_mark_t)((__force unsigned)(mark) + 1); \
109 } while (0)
110
111 /*
112  * xas_squash_marks() - Merge all marks to the first entry
113  * @xas: Array operation state.
114  *
115  * Set a mark on the first entry if any entry has it set.  Clear marks on
116  * all sibling entries.
117  */
118 static void xas_squash_marks(const struct xa_state *xas)
119 {
120         unsigned int mark = 0;
121         unsigned int limit = xas->xa_offset + xas->xa_sibs + 1;
122
123         if (!xas->xa_sibs)
124                 return;
125
126         do {
127                 unsigned long *marks = xas->xa_node->marks[mark];
128                 if (find_next_bit(marks, limit, xas->xa_offset + 1) == limit)
129                         continue;
130                 __set_bit(xas->xa_offset, marks);
131                 bitmap_clear(marks, xas->xa_offset + 1, xas->xa_sibs);
132         } while (mark++ != (__force unsigned)XA_MARK_MAX);
133 }
134
135 /* extracts the offset within this node from the index */
136 static unsigned int get_offset(unsigned long index, struct xa_node *node)
137 {
138         return (index >> node->shift) & XA_CHUNK_MASK;
139 }
140
141 static void xas_set_offset(struct xa_state *xas)
142 {
143         xas->xa_offset = get_offset(xas->xa_index, xas->xa_node);
144 }
145
146 /* move the index either forwards (find) or backwards (sibling slot) */
147 static void xas_move_index(struct xa_state *xas, unsigned long offset)
148 {
149         unsigned int shift = xas->xa_node->shift;
150         xas->xa_index &= ~XA_CHUNK_MASK << shift;
151         xas->xa_index += offset << shift;
152 }
153
154 static void xas_advance(struct xa_state *xas)
155 {
156         xas->xa_offset++;
157         xas_move_index(xas, xas->xa_offset);
158 }
159
160 static void *set_bounds(struct xa_state *xas)
161 {
162         xas->xa_node = XAS_BOUNDS;
163         return NULL;
164 }
165
166 /*
167  * Starts a walk.  If the @xas is already valid, we assume that it's on
168  * the right path and just return where we've got to.  If we're in an
169  * error state, return NULL.  If the index is outside the current scope
170  * of the xarray, return NULL without changing @xas->xa_node.  Otherwise
171  * set @xas->xa_node to NULL and return the current head of the array.
172  */
173 static void *xas_start(struct xa_state *xas)
174 {
175         void *entry;
176
177         if (xas_valid(xas))
178                 return xas_reload(xas);
179         if (xas_error(xas))
180                 return NULL;
181
182         entry = xa_head(xas->xa);
183         if (!xa_is_node(entry)) {
184                 if (xas->xa_index)
185                         return set_bounds(xas);
186         } else {
187                 if ((xas->xa_index >> xa_to_node(entry)->shift) > XA_CHUNK_MASK)
188                         return set_bounds(xas);
189         }
190
191         xas->xa_node = NULL;
192         return entry;
193 }
194
195 static void *xas_descend(struct xa_state *xas, struct xa_node *node)
196 {
197         unsigned int offset = get_offset(xas->xa_index, node);
198         void *entry = xa_entry(xas->xa, node, offset);
199
200         xas->xa_node = node;
201         if (xa_is_sibling(entry)) {
202                 offset = xa_to_sibling(entry);
203                 entry = xa_entry(xas->xa, node, offset);
204         }
205
206         xas->xa_offset = offset;
207         return entry;
208 }
209
210 /**
211  * xas_load() - Load an entry from the XArray (advanced).
212  * @xas: XArray operation state.
213  *
214  * Usually walks the @xas to the appropriate state to load the entry
215  * stored at xa_index.  However, it will do nothing and return %NULL if
216  * @xas is in an error state.  xas_load() will never expand the tree.
217  *
218  * If the xa_state is set up to operate on a multi-index entry, xas_load()
219  * may return %NULL or an internal entry, even if there are entries
220  * present within the range specified by @xas.
221  *
222  * Context: Any context.  The caller should hold the xa_lock or the RCU lock.
223  * Return: Usually an entry in the XArray, but see description for exceptions.
224  */
225 void *xas_load(struct xa_state *xas)
226 {
227         void *entry = xas_start(xas);
228
229         while (xa_is_node(entry)) {
230                 struct xa_node *node = xa_to_node(entry);
231
232                 if (xas->xa_shift > node->shift)
233                         break;
234                 entry = xas_descend(xas, node);
235         }
236         return entry;
237 }
238 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_load);
239
240 /* Move the radix tree node cache here */
241 extern struct kmem_cache *radix_tree_node_cachep;
242 extern void radix_tree_node_rcu_free(struct rcu_head *head);
243
244 #define XA_RCU_FREE     ((struct xarray *)1)
245
246 static void xa_node_free(struct xa_node *node)
247 {
248         XA_NODE_BUG_ON(node, !list_empty(&node->private_list));
249         node->array = XA_RCU_FREE;
250         call_rcu(&node->rcu_head, radix_tree_node_rcu_free);
251 }
252
253 /*
254  * xas_destroy() - Free any resources allocated during the XArray operation.
255  * @xas: XArray operation state.
256  *
257  * This function is now internal-only.
258  */
259 static void xas_destroy(struct xa_state *xas)
260 {
261         struct xa_node *node = xas->xa_alloc;
262
263         if (!node)
264                 return;
265         XA_NODE_BUG_ON(node, !list_empty(&node->private_list));
266         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
267         xas->xa_alloc = NULL;
268 }
269
270 /**
271  * xas_nomem() - Allocate memory if needed.
272  * @xas: XArray operation state.
273  * @gfp: Memory allocation flags.
274  *
275  * If we need to add new nodes to the XArray, we try to allocate memory
276  * with GFP_NOWAIT while holding the lock, which will usually succeed.
277  * If it fails, @xas is flagged as needing memory to continue.  The caller
278  * should drop the lock and call xas_nomem().  If xas_nomem() succeeds,
279  * the caller should retry the operation.
280  *
281  * Forward progress is guaranteed as one node is allocated here and
282  * stored in the xa_state where it will be found by xas_alloc().  More
283  * nodes will likely be found in the slab allocator, but we do not tie
284  * them up here.
285  *
286  * Return: true if memory was needed, and was successfully allocated.
287  */
288 bool xas_nomem(struct xa_state *xas, gfp_t gfp)
289 {
290         if (xas->xa_node != XA_ERROR(-ENOMEM)) {
291                 xas_destroy(xas);
292                 return false;
293         }
294         xas->xa_alloc = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp);
295         if (!xas->xa_alloc)
296                 return false;
297         XA_NODE_BUG_ON(xas->xa_alloc, !list_empty(&xas->xa_alloc->private_list));
298         xas->xa_node = XAS_RESTART;
299         return true;
300 }
301 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_nomem);
302
303 /*
304  * __xas_nomem() - Drop locks and allocate memory if needed.
305  * @xas: XArray operation state.
306  * @gfp: Memory allocation flags.
307  *
308  * Internal variant of xas_nomem().
309  *
310  * Return: true if memory was needed, and was successfully allocated.
311  */
312 static bool __xas_nomem(struct xa_state *xas, gfp_t gfp)
313         __must_hold(xas->xa->xa_lock)
314 {
315         unsigned int lock_type = xa_lock_type(xas->xa);
316
317         if (xas->xa_node != XA_ERROR(-ENOMEM)) {
318                 xas_destroy(xas);
319                 return false;
320         }
321         if (gfpflags_allow_blocking(gfp)) {
322                 xas_unlock_type(xas, lock_type);
323                 xas->xa_alloc = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp);
324                 xas_lock_type(xas, lock_type);
325         } else {
326                 xas->xa_alloc = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp);
327         }
328         if (!xas->xa_alloc)
329                 return false;
330         XA_NODE_BUG_ON(xas->xa_alloc, !list_empty(&xas->xa_alloc->private_list));
331         xas->xa_node = XAS_RESTART;
332         return true;
333 }
334
335 static void xas_update(struct xa_state *xas, struct xa_node *node)
336 {
337         if (xas->xa_update)
338                 xas->xa_update(node);
339         else
340                 XA_NODE_BUG_ON(node, !list_empty(&node->private_list));
341 }
342
343 static void *xas_alloc(struct xa_state *xas, unsigned int shift)
344 {
345         struct xa_node *parent = xas->xa_node;
346         struct xa_node *node = xas->xa_alloc;
347
348         if (xas_invalid(xas))
349                 return NULL;
350
351         if (node) {
352                 xas->xa_alloc = NULL;
353         } else {
354                 node = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep,
355                                         GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
356                 if (!node) {
357                         xas_set_err(xas, -ENOMEM);
358                         return NULL;
359                 }
360         }
361
362         if (parent) {
363                 node->offset = xas->xa_offset;
364                 parent->count++;
365                 XA_NODE_BUG_ON(node, parent->count > XA_CHUNK_SIZE);
366                 xas_update(xas, parent);
367         }
368         XA_NODE_BUG_ON(node, shift > BITS_PER_LONG);
369         XA_NODE_BUG_ON(node, !list_empty(&node->private_list));
370         node->shift = shift;
371         node->count = 0;
372         node->nr_values = 0;
373         RCU_INIT_POINTER(node->parent, xas->xa_node);
374         node->array = xas->xa;
375
376         return node;
377 }
378
379 #ifdef CONFIG_XARRAY_MULTI
380 /* Returns the number of indices covered by a given xa_state */
381 static unsigned long xas_size(const struct xa_state *xas)
382 {
383         return (xas->xa_sibs + 1UL) << xas->xa_shift;
384 }
385 #endif
386
387 /*
388  * Use this to calculate the maximum index that will need to be created
389  * in order to add the entry described by @xas.  Because we cannot store a
390  * multiple-index entry at index 0, the calculation is a little more complex
391  * than you might expect.
392  */
393 static unsigned long xas_max(struct xa_state *xas)
394 {
395         unsigned long max = xas->xa_index;
396
397 #ifdef CONFIG_XARRAY_MULTI
398         if (xas->xa_shift || xas->xa_sibs) {
399                 unsigned long mask = xas_size(xas) - 1;
400                 max |= mask;
401                 if (mask == max)
402                         max++;
403         }
404 #endif
405
406         return max;
407 }
408
409 /* The maximum index that can be contained in the array without expanding it */
410 static unsigned long max_index(void *entry)
411 {
412         if (!xa_is_node(entry))
413                 return 0;
414         return (XA_CHUNK_SIZE << xa_to_node(entry)->shift) - 1;
415 }
416
417 static void xas_shrink(struct xa_state *xas)
418 {
419         struct xarray *xa = xas->xa;
420         struct xa_node *node = xas->xa_node;
421
422         for (;;) {
423                 void *entry;
424
425                 XA_NODE_BUG_ON(node, node->count > XA_CHUNK_SIZE);
426                 if (node->count != 1)
427                         break;
428                 entry = xa_entry_locked(xa, node, 0);
429                 if (!entry)
430                         break;
431                 if (!xa_is_node(entry) && node->shift)
432                         break;
433                 xas->xa_node = XAS_BOUNDS;
434
435                 RCU_INIT_POINTER(xa->xa_head, entry);
436                 if (xa_track_free(xa) && !node_get_mark(node, 0, XA_FREE_MARK))
437                         xa_mark_clear(xa, XA_FREE_MARK);
438
439                 node->count = 0;
440                 node->nr_values = 0;
441                 if (!xa_is_node(entry))
442                         RCU_INIT_POINTER(node->slots[0], XA_RETRY_ENTRY);
443                 xas_update(xas, node);
444                 xa_node_free(node);
445                 if (!xa_is_node(entry))
446                         break;
447                 node = xa_to_node(entry);
448                 node->parent = NULL;
449         }
450 }
451
452 /*
453  * xas_delete_node() - Attempt to delete an xa_node
454  * @xas: Array operation state.
455  *
456  * Attempts to delete the @xas->xa_node.  This will fail if xa->node has
457  * a non-zero reference count.
458  */
459 static void xas_delete_node(struct xa_state *xas)
460 {
461         struct xa_node *node = xas->xa_node;
462
463         for (;;) {
464                 struct xa_node *parent;
465
466                 XA_NODE_BUG_ON(node, node->count > XA_CHUNK_SIZE);
467                 if (node->count)
468                         break;
469
470                 parent = xa_parent_locked(xas->xa, node);
471                 xas->xa_node = parent;
472                 xas->xa_offset = node->offset;
473                 xa_node_free(node);
474
475                 if (!parent) {
476                         xas->xa->xa_head = NULL;
477                         xas->xa_node = XAS_BOUNDS;
478                         return;
479                 }
480
481                 parent->slots[xas->xa_offset] = NULL;
482                 parent->count--;
483                 XA_NODE_BUG_ON(parent, parent->count > XA_CHUNK_SIZE);
484                 node = parent;
485                 xas_update(xas, node);
486         }
487
488         if (!node->parent)
489                 xas_shrink(xas);
490 }
491
492 /**
493  * xas_free_nodes() - Free this node and all nodes that it references
494  * @xas: Array operation state.
495  * @top: Node to free
496  *
497  * This node has been removed from the tree.  We must now free it and all
498  * of its subnodes.  There may be RCU walkers with references into the tree,
499  * so we must replace all entries with retry markers.
500  */
501 static void xas_free_nodes(struct xa_state *xas, struct xa_node *top)
502 {
503         unsigned int offset = 0;
504         struct xa_node *node = top;
505
506         for (;;) {
507                 void *entry = xa_entry_locked(xas->xa, node, offset);
508
509                 if (xa_is_node(entry)) {
510                         node = xa_to_node(entry);
511                         offset = 0;
512                         continue;
513                 }
514                 if (entry)
515                         RCU_INIT_POINTER(node->slots[offset], XA_RETRY_ENTRY);
516                 offset++;
517                 while (offset == XA_CHUNK_SIZE) {
518                         struct xa_node *parent;
519
520                         parent = xa_parent_locked(xas->xa, node);
521                         offset = node->offset + 1;
522                         node->count = 0;
523                         node->nr_values = 0;
524                         xas_update(xas, node);
525                         xa_node_free(node);
526                         if (node == top)
527                                 return;
528                         node = parent;
529                 }
530         }
531 }
532
533 /*
534  * xas_expand adds nodes to the head of the tree until it has reached
535  * sufficient height to be able to contain @xas->xa_index
536  */
537 static int xas_expand(struct xa_state *xas, void *head)
538 {
539         struct xarray *xa = xas->xa;
540         struct xa_node *node = NULL;
541         unsigned int shift = 0;
542         unsigned long max = xas_max(xas);
543
544         if (!head) {
545                 if (max == 0)
546                         return 0;
547                 while ((max >> shift) >= XA_CHUNK_SIZE)
548                         shift += XA_CHUNK_SHIFT;
549                 return shift + XA_CHUNK_SHIFT;
550         } else if (xa_is_node(head)) {
551                 node = xa_to_node(head);
552                 shift = node->shift + XA_CHUNK_SHIFT;
553         }
554         xas->xa_node = NULL;
555
556         while (max > max_index(head)) {
557                 xa_mark_t mark = 0;
558
559                 XA_NODE_BUG_ON(node, shift > BITS_PER_LONG);
560                 node = xas_alloc(xas, shift);
561                 if (!node)
562                         return -ENOMEM;
563
564                 node->count = 1;
565                 if (xa_is_value(head))
566                         node->nr_values = 1;
567                 RCU_INIT_POINTER(node->slots[0], head);
568
569                 /* Propagate the aggregated mark info to the new child */
570                 for (;;) {
571                         if (xa_track_free(xa) && mark == XA_FREE_MARK) {
572                                 node_mark_all(node, XA_FREE_MARK);
573                                 if (!xa_marked(xa, XA_FREE_MARK)) {
574                                         node_clear_mark(node, 0, XA_FREE_MARK);
575                                         xa_mark_set(xa, XA_FREE_MARK);
576                                 }
577                         } else if (xa_marked(xa, mark)) {
578                                 node_set_mark(node, 0, mark);
579                         }
580                         if (mark == XA_MARK_MAX)
581                                 break;
582                         mark_inc(mark);
583                 }
584
585                 /*
586                  * Now that the new node is fully initialised, we can add
587                  * it to the tree
588                  */
589                 if (xa_is_node(head)) {
590                         xa_to_node(head)->offset = 0;
591                         rcu_assign_pointer(xa_to_node(head)->parent, node);
592                 }
593                 head = xa_mk_node(node);
594                 rcu_assign_pointer(xa->xa_head, head);
595                 xas_update(xas, node);
596
597                 shift += XA_CHUNK_SHIFT;
598         }
599
600         xas->xa_node = node;
601         return shift;
602 }
603
604 /*
605  * xas_create() - Create a slot to store an entry in.
606  * @xas: XArray operation state.
607  *
608  * Most users will not need to call this function directly, as it is called
609  * by xas_store().  It is useful for doing conditional store operations
610  * (see the xa_cmpxchg() implementation for an example).
611  *
612  * Return: If the slot already existed, returns the contents of this slot.
613  * If the slot was newly created, returns NULL.  If it failed to create the
614  * slot, returns NULL and indicates the error in @xas.
615  */
616 static void *xas_create(struct xa_state *xas)
617 {
618         struct xarray *xa = xas->xa;
619         void *entry;
620         void __rcu **slot;
621         struct xa_node *node = xas->xa_node;
622         int shift;
623         unsigned int order = xas->xa_shift;
624
625         if (xas_top(node)) {
626                 entry = xa_head_locked(xa);
627                 xas->xa_node = NULL;
628                 shift = xas_expand(xas, entry);
629                 if (shift < 0)
630                         return NULL;
631                 entry = xa_head_locked(xa);
632                 slot = &xa->xa_head;
633         } else if (xas_error(xas)) {
634                 return NULL;
635         } else if (node) {
636                 unsigned int offset = xas->xa_offset;
637
638                 shift = node->shift;
639                 entry = xa_entry_locked(xa, node, offset);
640                 slot = &node->slots[offset];
641         } else {
642                 shift = 0;
643                 entry = xa_head_locked(xa);
644                 slot = &xa->xa_head;
645         }
646
647         while (shift > order) {
648                 shift -= XA_CHUNK_SHIFT;
649                 if (!entry) {
650                         node = xas_alloc(xas, shift);
651                         if (!node)
652                                 break;
653                         if (xa_track_free(xa))
654                                 node_mark_all(node, XA_FREE_MARK);
655                         rcu_assign_pointer(*slot, xa_mk_node(node));
656                 } else if (xa_is_node(entry)) {
657                         node = xa_to_node(entry);
658                 } else {
659                         break;
660                 }
661                 entry = xas_descend(xas, node);
662                 slot = &node->slots[xas->xa_offset];
663         }
664
665         return entry;
666 }
667
668 /**
669  * xas_create_range() - Ensure that stores to this range will succeed
670  * @xas: XArray operation state.
671  *
672  * Creates all of the slots in the range covered by @xas.  Sets @xas to
673  * create single-index entries and positions it at the beginning of the
674  * range.  This is for the benefit of users which have not yet been
675  * converted to use multi-index entries.
676  */
677 void xas_create_range(struct xa_state *xas)
678 {
679         unsigned long index = xas->xa_index;
680         unsigned char shift = xas->xa_shift;
681         unsigned char sibs = xas->xa_sibs;
682
683         xas->xa_index |= ((sibs + 1) << shift) - 1;
684         if (xas_is_node(xas) && xas->xa_node->shift == xas->xa_shift)
685                 xas->xa_offset |= sibs;
686         xas->xa_shift = 0;
687         xas->xa_sibs = 0;
688
689         for (;;) {
690                 xas_create(xas);
691                 if (xas_error(xas))
692                         goto restore;
693                 if (xas->xa_index <= (index | XA_CHUNK_MASK))
694                         goto success;
695                 xas->xa_index -= XA_CHUNK_SIZE;
696
697                 for (;;) {
698                         struct xa_node *node = xas->xa_node;
699                         xas->xa_node = xa_parent_locked(xas->xa, node);
700                         xas->xa_offset = node->offset - 1;
701                         if (node->offset != 0)
702                                 break;
703                 }
704         }
705
706 restore:
707         xas->xa_shift = shift;
708         xas->xa_sibs = sibs;
709         xas->xa_index = index;
710         return;
711 success:
712         xas->xa_index = index;
713         if (xas->xa_node)
714                 xas_set_offset(xas);
715 }
716 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_create_range);
717
718 static void update_node(struct xa_state *xas, struct xa_node *node,
719                 int count, int values)
720 {
721         if (!node || (!count && !values))
722                 return;
723
724         node->count += count;
725         node->nr_values += values;
726         XA_NODE_BUG_ON(node, node->count > XA_CHUNK_SIZE);
727         XA_NODE_BUG_ON(node, node->nr_values > XA_CHUNK_SIZE);
728         xas_update(xas, node);
729         if (count < 0)
730                 xas_delete_node(xas);
731 }
732
733 /**
734  * xas_store() - Store this entry in the XArray.
735  * @xas: XArray operation state.
736  * @entry: New entry.
737  *
738  * If @xas is operating on a multi-index entry, the entry returned by this
739  * function is essentially meaningless (it may be an internal entry or it
740  * may be %NULL, even if there are non-NULL entries at some of the indices
741  * covered by the range).  This is not a problem for any current users,
742  * and can be changed if needed.
743  *
744  * Return: The old entry at this index.
745  */
746 void *xas_store(struct xa_state *xas, void *entry)
747 {
748         struct xa_node *node;
749         void __rcu **slot = &xas->xa->xa_head;
750         unsigned int offset, max;
751         int count = 0;
752         int values = 0;
753         void *first, *next;
754         bool value = xa_is_value(entry);
755
756         if (entry)
757                 first = xas_create(xas);
758         else
759                 first = xas_load(xas);
760
761         if (xas_invalid(xas))
762                 return first;
763         node = xas->xa_node;
764         if (node && (xas->xa_shift < node->shift))
765                 xas->xa_sibs = 0;
766         if ((first == entry) && !xas->xa_sibs)
767                 return first;
768
769         next = first;
770         offset = xas->xa_offset;
771         max = xas->xa_offset + xas->xa_sibs;
772         if (node) {
773                 slot = &node->slots[offset];
774                 if (xas->xa_sibs)
775                         xas_squash_marks(xas);
776         }
777         if (!entry)
778                 xas_init_marks(xas);
779
780         for (;;) {
781                 /*
782                  * Must clear the marks before setting the entry to NULL,
783                  * otherwise xas_for_each_marked may find a NULL entry and
784                  * stop early.  rcu_assign_pointer contains a release barrier
785                  * so the mark clearing will appear to happen before the
786                  * entry is set to NULL.
787                  */
788                 rcu_assign_pointer(*slot, entry);
789                 if (xa_is_node(next))
790                         xas_free_nodes(xas, xa_to_node(next));
791                 if (!node)
792                         break;
793                 count += !next - !entry;
794                 values += !xa_is_value(first) - !value;
795                 if (entry) {
796                         if (offset == max)
797                                 break;
798                         if (!xa_is_sibling(entry))
799                                 entry = xa_mk_sibling(xas->xa_offset);
800                 } else {
801                         if (offset == XA_CHUNK_MASK)
802                                 break;
803                 }
804                 next = xa_entry_locked(xas->xa, node, ++offset);
805                 if (!xa_is_sibling(next)) {
806                         if (!entry && (offset > max))
807                                 break;
808                         first = next;
809                 }
810                 slot++;
811         }
812
813         update_node(xas, node, count, values);
814         return first;
815 }
816 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_store);
817
818 /**
819  * xas_get_mark() - Returns the state of this mark.
820  * @xas: XArray operation state.
821  * @mark: Mark number.
822  *
823  * Return: true if the mark is set, false if the mark is clear or @xas
824  * is in an error state.
825  */
826 bool xas_get_mark(const struct xa_state *xas, xa_mark_t mark)
827 {
828         if (xas_invalid(xas))
829                 return false;
830         if (!xas->xa_node)
831                 return xa_marked(xas->xa, mark);
832         return node_get_mark(xas->xa_node, xas->xa_offset, mark);
833 }
834 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_get_mark);
835
836 /**
837  * xas_set_mark() - Sets the mark on this entry and its parents.
838  * @xas: XArray operation state.
839  * @mark: Mark number.
840  *
841  * Sets the specified mark on this entry, and walks up the tree setting it
842  * on all the ancestor entries.  Does nothing if @xas has not been walked to
843  * an entry, or is in an error state.
844  */
845 void xas_set_mark(const struct xa_state *xas, xa_mark_t mark)
846 {
847         struct xa_node *node = xas->xa_node;
848         unsigned int offset = xas->xa_offset;
849
850         if (xas_invalid(xas))
851                 return;
852
853         while (node) {
854                 if (node_set_mark(node, offset, mark))
855                         return;
856                 offset = node->offset;
857                 node = xa_parent_locked(xas->xa, node);
858         }
859
860         if (!xa_marked(xas->xa, mark))
861                 xa_mark_set(xas->xa, mark);
862 }
863 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_set_mark);
864
865 /**
866  * xas_clear_mark() - Clears the mark on this entry and its parents.
867  * @xas: XArray operation state.
868  * @mark: Mark number.
869  *
870  * Clears the specified mark on this entry, and walks back to the head
871  * attempting to clear it on all the ancestor entries.  Does nothing if
872  * @xas has not been walked to an entry, or is in an error state.
873  */
874 void xas_clear_mark(const struct xa_state *xas, xa_mark_t mark)
875 {
876         struct xa_node *node = xas->xa_node;
877         unsigned int offset = xas->xa_offset;
878
879         if (xas_invalid(xas))
880                 return;
881
882         while (node) {
883                 if (!node_clear_mark(node, offset, mark))
884                         return;
885                 if (node_any_mark(node, mark))
886                         return;
887
888                 offset = node->offset;
889                 node = xa_parent_locked(xas->xa, node);
890         }
891
892         if (xa_marked(xas->xa, mark))
893                 xa_mark_clear(xas->xa, mark);
894 }
895 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_clear_mark);
896
897 /**
898  * xas_init_marks() - Initialise all marks for the entry
899  * @xas: Array operations state.
900  *
901  * Initialise all marks for the entry specified by @xas.  If we're tracking
902  * free entries with a mark, we need to set it on all entries.  All other
903  * marks are cleared.
904  *
905  * This implementation is not as efficient as it could be; we may walk
906  * up the tree multiple times.
907  */
908 void xas_init_marks(const struct xa_state *xas)
909 {
910         xa_mark_t mark = 0;
911
912         for (;;) {
913                 if (xa_track_free(xas->xa) && mark == XA_FREE_MARK)
914                         xas_set_mark(xas, mark);
915                 else
916                         xas_clear_mark(xas, mark);
917                 if (mark == XA_MARK_MAX)
918                         break;
919                 mark_inc(mark);
920         }
921 }
922 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_init_marks);
923
924 /**
925  * xas_pause() - Pause a walk to drop a lock.
926  * @xas: XArray operation state.
927  *
928  * Some users need to pause a walk and drop the lock they're holding in
929  * order to yield to a higher priority thread or carry out an operation
930  * on an entry.  Those users should call this function before they drop
931  * the lock.  It resets the @xas to be suitable for the next iteration
932  * of the loop after the user has reacquired the lock.  If most entries
933  * found during a walk require you to call xas_pause(), the xa_for_each()
934  * iterator may be more appropriate.
935  *
936  * Note that xas_pause() only works for forward iteration.  If a user needs
937  * to pause a reverse iteration, we will need a xas_pause_rev().
938  */
939 void xas_pause(struct xa_state *xas)
940 {
941         struct xa_node *node = xas->xa_node;
942
943         if (xas_invalid(xas))
944                 return;
945
946         if (node) {
947                 unsigned int offset = xas->xa_offset;
948                 while (++offset < XA_CHUNK_SIZE) {
949                         if (!xa_is_sibling(xa_entry(xas->xa, node, offset)))
950                                 break;
951                 }
952                 xas->xa_index += (offset - xas->xa_offset) << node->shift;
953         } else {
954                 xas->xa_index++;
955         }
956         xas->xa_node = XAS_RESTART;
957 }
958 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_pause);
959
960 /*
961  * __xas_prev() - Find the previous entry in the XArray.
962  * @xas: XArray operation state.
963  *
964  * Helper function for xas_prev() which handles all the complex cases
965  * out of line.
966  */
967 void *__xas_prev(struct xa_state *xas)
968 {
969         void *entry;
970
971         if (!xas_frozen(xas->xa_node))
972                 xas->xa_index--;
973         if (xas_not_node(xas->xa_node))
974                 return xas_load(xas);
975
976         if (xas->xa_offset != get_offset(xas->xa_index, xas->xa_node))
977                 xas->xa_offset--;
978
979         while (xas->xa_offset == 255) {
980                 xas->xa_offset = xas->xa_node->offset - 1;
981                 xas->xa_node = xa_parent(xas->xa, xas->xa_node);
982                 if (!xas->xa_node)
983                         return set_bounds(xas);
984         }
985
986         for (;;) {
987                 entry = xa_entry(xas->xa, xas->xa_node, xas->xa_offset);
988                 if (!xa_is_node(entry))
989                         return entry;
990
991                 xas->xa_node = xa_to_node(entry);
992                 xas_set_offset(xas);
993         }
994 }
995 EXPORT_SYMBOL_GPL(__xas_prev);
996
997 /*
998  * __xas_next() - Find the next entry in the XArray.
999  * @xas: XArray operation state.
1000  *
1001  * Helper function for xas_next() which handles all the complex cases
1002  * out of line.
1003  */
1004 void *__xas_next(struct xa_state *xas)
1005 {
1006         void *entry;
1007
1008         if (!xas_frozen(xas->xa_node))
1009                 xas->xa_index++;
1010         if (xas_not_node(xas->xa_node))
1011                 return xas_load(xas);
1012
1013         if (xas->xa_offset != get_offset(xas->xa_index, xas->xa_node))
1014                 xas->xa_offset++;
1015
1016         while (xas->xa_offset == XA_CHUNK_SIZE) {
1017                 xas->xa_offset = xas->xa_node->offset + 1;
1018                 xas->xa_node = xa_parent(xas->xa, xas->xa_node);
1019                 if (!xas->xa_node)
1020                         return set_bounds(xas);
1021         }
1022
1023         for (;;) {
1024                 entry = xa_entry(xas->xa, xas->xa_node, xas->xa_offset);
1025                 if (!xa_is_node(entry))
1026                         return entry;
1027
1028                 xas->xa_node = xa_to_node(entry);
1029                 xas_set_offset(xas);
1030         }
1031 }
1032 EXPORT_SYMBOL_GPL(__xas_next);
1033
1034 /**
1035  * xas_find() - Find the next present entry in the XArray.
1036  * @xas: XArray operation state.
1037  * @max: Highest index to return.
1038  *
1039  * If the @xas has not yet been walked to an entry, return the entry
1040  * which has an index >= xas.xa_index.  If it has been walked, the entry
1041  * currently being pointed at has been processed, and so we move to the
1042  * next entry.
1043  *
1044  * If no entry is found and the array is smaller than @max, the iterator
1045  * is set to the smallest index not yet in the array.  This allows @xas
1046  * to be immediately passed to xas_store().
1047  *
1048  * Return: The entry, if found, otherwise %NULL.
1049  */
1050 void *xas_find(struct xa_state *xas, unsigned long max)
1051 {
1052         void *entry;
1053
1054         if (xas_error(xas))
1055                 return NULL;
1056
1057         if (!xas->xa_node) {
1058                 xas->xa_index = 1;
1059                 return set_bounds(xas);
1060         } else if (xas_top(xas->xa_node)) {
1061                 entry = xas_load(xas);
1062                 if (entry || xas_not_node(xas->xa_node))
1063                         return entry;
1064         } else if (!xas->xa_node->shift &&
1065                     xas->xa_offset != (xas->xa_index & XA_CHUNK_MASK)) {
1066                 xas->xa_offset = ((xas->xa_index - 1) & XA_CHUNK_MASK) + 1;
1067         }
1068
1069         xas_advance(xas);
1070
1071         while (xas->xa_node && (xas->xa_index <= max)) {
1072                 if (unlikely(xas->xa_offset == XA_CHUNK_SIZE)) {
1073                         xas->xa_offset = xas->xa_node->offset + 1;
1074                         xas->xa_node = xa_parent(xas->xa, xas->xa_node);
1075                         continue;
1076                 }
1077
1078                 entry = xa_entry(xas->xa, xas->xa_node, xas->xa_offset);
1079                 if (xa_is_node(entry)) {
1080                         xas->xa_node = xa_to_node(entry);
1081                         xas->xa_offset = 0;
1082                         continue;
1083                 }
1084                 if (entry && !xa_is_sibling(entry))
1085                         return entry;
1086
1087                 xas_advance(xas);
1088         }
1089
1090         if (!xas->xa_node)
1091                 xas->xa_node = XAS_BOUNDS;
1092         return NULL;
1093 }
1094 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_find);
1095
1096 /**
1097  * xas_find_marked() - Find the next marked entry in the XArray.
1098  * @xas: XArray operation state.
1099  * @max: Highest index to return.
1100  * @mark: Mark number to search for.
1101  *
1102  * If the @xas has not yet been walked to an entry, return the marked entry
1103  * which has an index >= xas.xa_index.  If it has been walked, the entry
1104  * currently being pointed at has been processed, and so we return the
1105  * first marked entry with an index > xas.xa_index.
1106  *
1107  * If no marked entry is found and the array is smaller than @max, @xas is
1108  * set to the bounds state and xas->xa_index is set to the smallest index
1109  * not yet in the array.  This allows @xas to be immediately passed to
1110  * xas_store().
1111  *
1112  * If no entry is found before @max is reached, @xas is set to the restart
1113  * state.
1114  *
1115  * Return: The entry, if found, otherwise %NULL.
1116  */
1117 void *xas_find_marked(struct xa_state *xas, unsigned long max, xa_mark_t mark)
1118 {
1119         bool advance = true;
1120         unsigned int offset;
1121         void *entry;
1122
1123         if (xas_error(xas))
1124                 return NULL;
1125
1126         if (!xas->xa_node) {
1127                 xas->xa_index = 1;
1128                 goto out;
1129         } else if (xas_top(xas->xa_node)) {
1130                 advance = false;
1131                 entry = xa_head(xas->xa);
1132                 xas->xa_node = NULL;
1133                 if (xas->xa_index > max_index(entry))
1134                         goto bounds;
1135                 if (!xa_is_node(entry)) {
1136                         if (xa_marked(xas->xa, mark))
1137                                 return entry;
1138                         xas->xa_index = 1;
1139                         goto out;
1140                 }
1141                 xas->xa_node = xa_to_node(entry);
1142                 xas->xa_offset = xas->xa_index >> xas->xa_node->shift;
1143         }
1144
1145         while (xas->xa_index <= max) {
1146                 if (unlikely(xas->xa_offset == XA_CHUNK_SIZE)) {
1147                         xas->xa_offset = xas->xa_node->offset + 1;
1148                         xas->xa_node = xa_parent(xas->xa, xas->xa_node);
1149                         if (!xas->xa_node)
1150                                 break;
1151                         advance = false;
1152                         continue;
1153                 }
1154
1155                 if (!advance) {
1156                         entry = xa_entry(xas->xa, xas->xa_node, xas->xa_offset);
1157                         if (xa_is_sibling(entry)) {
1158                                 xas->xa_offset = xa_to_sibling(entry);
1159                                 xas_move_index(xas, xas->xa_offset);
1160                         }
1161                 }
1162
1163                 offset = xas_find_chunk(xas, advance, mark);
1164                 if (offset > xas->xa_offset) {
1165                         advance = false;
1166                         xas_move_index(xas, offset);
1167                         /* Mind the wrap */
1168                         if ((xas->xa_index - 1) >= max)
1169                                 goto max;
1170                         xas->xa_offset = offset;
1171                         if (offset == XA_CHUNK_SIZE)
1172                                 continue;
1173                 }
1174
1175                 entry = xa_entry(xas->xa, xas->xa_node, xas->xa_offset);
1176                 if (!xa_is_node(entry))
1177                         return entry;
1178                 xas->xa_node = xa_to_node(entry);
1179                 xas_set_offset(xas);
1180         }
1181
1182 out:
1183         if (!max)
1184                 goto max;
1185 bounds:
1186         xas->xa_node = XAS_BOUNDS;
1187         return NULL;
1188 max:
1189         xas->xa_node = XAS_RESTART;
1190         return NULL;
1191 }
1192 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_find_marked);
1193
1194 /**
1195  * xas_find_conflict() - Find the next present entry in a range.
1196  * @xas: XArray operation state.
1197  *
1198  * The @xas describes both a range and a position within that range.
1199  *
1200  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held.
1201  * Return: The next entry in the range covered by @xas or %NULL.
1202  */
1203 void *xas_find_conflict(struct xa_state *xas)
1204 {
1205         void *curr;
1206
1207         if (xas_error(xas))
1208                 return NULL;
1209
1210         if (!xas->xa_node)
1211                 return NULL;
1212
1213         if (xas_top(xas->xa_node)) {
1214                 curr = xas_start(xas);
1215                 if (!curr)
1216                         return NULL;
1217                 while (xa_is_node(curr)) {
1218                         struct xa_node *node = xa_to_node(curr);
1219                         curr = xas_descend(xas, node);
1220                 }
1221                 if (curr)
1222                         return curr;
1223         }
1224
1225         if (xas->xa_node->shift > xas->xa_shift)
1226                 return NULL;
1227
1228         for (;;) {
1229                 if (xas->xa_node->shift == xas->xa_shift) {
1230                         if ((xas->xa_offset & xas->xa_sibs) == xas->xa_sibs)
1231                                 break;
1232                 } else if (xas->xa_offset == XA_CHUNK_MASK) {
1233                         xas->xa_offset = xas->xa_node->offset;
1234                         xas->xa_node = xa_parent_locked(xas->xa, xas->xa_node);
1235                         if (!xas->xa_node)
1236                                 break;
1237                         continue;
1238                 }
1239                 curr = xa_entry_locked(xas->xa, xas->xa_node, ++xas->xa_offset);
1240                 if (xa_is_sibling(curr))
1241                         continue;
1242                 while (xa_is_node(curr)) {
1243                         xas->xa_node = xa_to_node(curr);
1244                         xas->xa_offset = 0;
1245                         curr = xa_entry_locked(xas->xa, xas->xa_node, 0);
1246                 }
1247                 if (curr)
1248                         return curr;
1249         }
1250         xas->xa_offset -= xas->xa_sibs;
1251         return NULL;
1252 }
1253 EXPORT_SYMBOL_GPL(xas_find_conflict);
1254
1255 /**
1256  * xa_init_flags() - Initialise an empty XArray with flags.
1257  * @xa: XArray.
1258  * @flags: XA_FLAG values.
1259  *
1260  * If you need to initialise an XArray with special flags (eg you need
1261  * to take the lock from interrupt context), use this function instead
1262  * of xa_init().
1263  *
1264  * Context: Any context.
1265  */
1266 void xa_init_flags(struct xarray *xa, gfp_t flags)
1267 {
1268         unsigned int lock_type;
1269         static struct lock_class_key xa_lock_irq;
1270         static struct lock_class_key xa_lock_bh;
1271
1272         spin_lock_init(&xa->xa_lock);
1273         xa->xa_flags = flags;
1274         xa->xa_head = NULL;
1275
1276         lock_type = xa_lock_type(xa);
1277         if (lock_type == XA_LOCK_IRQ)
1278                 lockdep_set_class(&xa->xa_lock, &xa_lock_irq);
1279         else if (lock_type == XA_LOCK_BH)
1280                 lockdep_set_class(&xa->xa_lock, &xa_lock_bh);
1281 }
1282 EXPORT_SYMBOL(xa_init_flags);
1283
1284 /**
1285  * xa_load() - Load an entry from an XArray.
1286  * @xa: XArray.
1287  * @index: index into array.
1288  *
1289  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
1290  * Return: The entry at @index in @xa.
1291  */
1292 void *xa_load(struct xarray *xa, unsigned long index)
1293 {
1294         XA_STATE(xas, xa, index);
1295         void *entry;
1296
1297         rcu_read_lock();
1298         do {
1299                 entry = xas_load(&xas);
1300                 if (xa_is_zero(entry))
1301                         entry = NULL;
1302         } while (xas_retry(&xas, entry));
1303         rcu_read_unlock();
1304
1305         return entry;
1306 }
1307 EXPORT_SYMBOL(xa_load);
1308
1309 static void *xas_result(struct xa_state *xas, void *curr)
1310 {
1311         if (xa_is_zero(curr))
1312                 return NULL;
1313         XA_NODE_BUG_ON(xas->xa_node, xa_is_internal(curr));
1314         if (xas_error(xas))
1315                 curr = xas->xa_node;
1316         return curr;
1317 }
1318
1319 /**
1320  * __xa_erase() - Erase this entry from the XArray while locked.
1321  * @xa: XArray.
1322  * @index: Index into array.
1323  *
1324  * If the entry at this index is a multi-index entry then all indices will
1325  * be erased, and the entry will no longer be a multi-index entry.
1326  * This function expects the xa_lock to be held on entry.
1327  *
1328  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.  May
1329  * release and reacquire xa_lock if @gfp flags permit.
1330  * Return: The old entry at this index.
1331  */
1332 void *__xa_erase(struct xarray *xa, unsigned long index)
1333 {
1334         XA_STATE(xas, xa, index);
1335         return xas_result(&xas, xas_store(&xas, NULL));
1336 }
1337 EXPORT_SYMBOL(__xa_erase);
1338
1339 /**
1340  * xa_store() - Store this entry in the XArray.
1341  * @xa: XArray.
1342  * @index: Index into array.
1343  * @entry: New entry.
1344  * @gfp: Memory allocation flags.
1345  *
1346  * After this function returns, loads from this index will return @entry.
1347  * Storing into an existing multislot entry updates the entry of every index.
1348  * The marks associated with @index are unaffected unless @entry is %NULL.
1349  *
1350  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep
1351  * if the @gfp flags permit.
1352  * Return: The old entry at this index on success, xa_err(-EINVAL) if @entry
1353  * cannot be stored in an XArray, or xa_err(-ENOMEM) if memory allocation
1354  * failed.
1355  */
1356 void *xa_store(struct xarray *xa, unsigned long index, void *entry, gfp_t gfp)
1357 {
1358         XA_STATE(xas, xa, index);
1359         void *curr;
1360
1361         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1362                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1363
1364         do {
1365                 xas_lock(&xas);
1366                 curr = xas_store(&xas, entry);
1367                 if (xa_track_free(xa) && entry)
1368                         xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
1369                 xas_unlock(&xas);
1370         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
1371
1372         return xas_result(&xas, curr);
1373 }
1374 EXPORT_SYMBOL(xa_store);
1375
1376 /**
1377  * __xa_store() - Store this entry in the XArray.
1378  * @xa: XArray.
1379  * @index: Index into array.
1380  * @entry: New entry.
1381  * @gfp: Memory allocation flags.
1382  *
1383  * You must already be holding the xa_lock when calling this function.
1384  * It will drop the lock if needed to allocate memory, and then reacquire
1385  * it afterwards.
1386  *
1387  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.  May
1388  * release and reacquire xa_lock if @gfp flags permit.
1389  * Return: The old entry at this index or xa_err() if an error happened.
1390  */
1391 void *__xa_store(struct xarray *xa, unsigned long index, void *entry, gfp_t gfp)
1392 {
1393         XA_STATE(xas, xa, index);
1394         void *curr;
1395
1396         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1397                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1398
1399         do {
1400                 curr = xas_store(&xas, entry);
1401                 if (xa_track_free(xa) && entry)
1402                         xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
1403         } while (__xas_nomem(&xas, gfp));
1404
1405         return xas_result(&xas, curr);
1406 }
1407 EXPORT_SYMBOL(__xa_store);
1408
1409 /**
1410  * xa_cmpxchg() - Conditionally replace an entry in the XArray.
1411  * @xa: XArray.
1412  * @index: Index into array.
1413  * @old: Old value to test against.
1414  * @entry: New value to place in array.
1415  * @gfp: Memory allocation flags.
1416  *
1417  * If the entry at @index is the same as @old, replace it with @entry.
1418  * If the return value is equal to @old, then the exchange was successful.
1419  *
1420  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep
1421  * if the @gfp flags permit.
1422  * Return: The old value at this index or xa_err() if an error happened.
1423  */
1424 void *xa_cmpxchg(struct xarray *xa, unsigned long index,
1425                         void *old, void *entry, gfp_t gfp)
1426 {
1427         XA_STATE(xas, xa, index);
1428         void *curr;
1429
1430         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1431                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1432
1433         do {
1434                 xas_lock(&xas);
1435                 curr = xas_load(&xas);
1436                 if (curr == XA_ZERO_ENTRY)
1437                         curr = NULL;
1438                 if (curr == old) {
1439                         xas_store(&xas, entry);
1440                         if (xa_track_free(xa) && entry)
1441                                 xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
1442                 }
1443                 xas_unlock(&xas);
1444         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
1445
1446         return xas_result(&xas, curr);
1447 }
1448 EXPORT_SYMBOL(xa_cmpxchg);
1449
1450 /**
1451  * __xa_cmpxchg() - Store this entry in the XArray.
1452  * @xa: XArray.
1453  * @index: Index into array.
1454  * @old: Old value to test against.
1455  * @entry: New entry.
1456  * @gfp: Memory allocation flags.
1457  *
1458  * You must already be holding the xa_lock when calling this function.
1459  * It will drop the lock if needed to allocate memory, and then reacquire
1460  * it afterwards.
1461  *
1462  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.  May
1463  * release and reacquire xa_lock if @gfp flags permit.
1464  * Return: The old entry at this index or xa_err() if an error happened.
1465  */
1466 void *__xa_cmpxchg(struct xarray *xa, unsigned long index,
1467                         void *old, void *entry, gfp_t gfp)
1468 {
1469         XA_STATE(xas, xa, index);
1470         void *curr;
1471
1472         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1473                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1474
1475         do {
1476                 curr = xas_load(&xas);
1477                 if (curr == XA_ZERO_ENTRY)
1478                         curr = NULL;
1479                 if (curr == old) {
1480                         xas_store(&xas, entry);
1481                         if (xa_track_free(xa) && entry)
1482                                 xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
1483                 }
1484         } while (__xas_nomem(&xas, gfp));
1485
1486         return xas_result(&xas, curr);
1487 }
1488 EXPORT_SYMBOL(__xa_cmpxchg);
1489
1490 /**
1491  * __xa_reserve() - Reserve this index in the XArray.
1492  * @xa: XArray.
1493  * @index: Index into array.
1494  * @gfp: Memory allocation flags.
1495  *
1496  * Ensures there is somewhere to store an entry at @index in the array.
1497  * If there is already something stored at @index, this function does
1498  * nothing.  If there was nothing there, the entry is marked as reserved.
1499  * Loading from a reserved entry returns a %NULL pointer.
1500  *
1501  * If you do not use the entry that you have reserved, call xa_release()
1502  * or xa_erase() to free any unnecessary memory.
1503  *
1504  * Context: Any context.  Expects the xa_lock to be held on entry.  May
1505  * release the lock, sleep and reacquire the lock if the @gfp flags permit.
1506  * Return: 0 if the reservation succeeded or -ENOMEM if it failed.
1507  */
1508 int __xa_reserve(struct xarray *xa, unsigned long index, gfp_t gfp)
1509 {
1510         XA_STATE(xas, xa, index);
1511         void *curr;
1512
1513         do {
1514                 curr = xas_load(&xas);
1515                 if (!curr)
1516                         xas_store(&xas, XA_ZERO_ENTRY);
1517         } while (__xas_nomem(&xas, gfp));
1518
1519         return xas_error(&xas);
1520 }
1521 EXPORT_SYMBOL(__xa_reserve);
1522
1523 #ifdef CONFIG_XARRAY_MULTI
1524 static void xas_set_range(struct xa_state *xas, unsigned long first,
1525                 unsigned long last)
1526 {
1527         unsigned int shift = 0;
1528         unsigned long sibs = last - first;
1529         unsigned int offset = XA_CHUNK_MASK;
1530
1531         xas_set(xas, first);
1532
1533         while ((first & XA_CHUNK_MASK) == 0) {
1534                 if (sibs < XA_CHUNK_MASK)
1535                         break;
1536                 if ((sibs == XA_CHUNK_MASK) && (offset < XA_CHUNK_MASK))
1537                         break;
1538                 shift += XA_CHUNK_SHIFT;
1539                 if (offset == XA_CHUNK_MASK)
1540                         offset = sibs & XA_CHUNK_MASK;
1541                 sibs >>= XA_CHUNK_SHIFT;
1542                 first >>= XA_CHUNK_SHIFT;
1543         }
1544
1545         offset = first & XA_CHUNK_MASK;
1546         if (offset + sibs > XA_CHUNK_MASK)
1547                 sibs = XA_CHUNK_MASK - offset;
1548         if ((((first + sibs + 1) << shift) - 1) > last)
1549                 sibs -= 1;
1550
1551         xas->xa_shift = shift;
1552         xas->xa_sibs = sibs;
1553 }
1554
1555 /**
1556  * xa_store_range() - Store this entry at a range of indices in the XArray.
1557  * @xa: XArray.
1558  * @first: First index to affect.
1559  * @last: Last index to affect.
1560  * @entry: New entry.
1561  * @gfp: Memory allocation flags.
1562  *
1563  * After this function returns, loads from any index between @first and @last,
1564  * inclusive will return @entry.
1565  * Storing into an existing multislot entry updates the entry of every index.
1566  * The marks associated with @index are unaffected unless @entry is %NULL.
1567  *
1568  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep
1569  * if the @gfp flags permit.
1570  * Return: %NULL on success, xa_err(-EINVAL) if @entry cannot be stored in
1571  * an XArray, or xa_err(-ENOMEM) if memory allocation failed.
1572  */
1573 void *xa_store_range(struct xarray *xa, unsigned long first,
1574                 unsigned long last, void *entry, gfp_t gfp)
1575 {
1576         XA_STATE(xas, xa, 0);
1577
1578         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1579                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1580         if (last < first)
1581                 return XA_ERROR(-EINVAL);
1582
1583         do {
1584                 xas_lock(&xas);
1585                 if (entry) {
1586                         unsigned int order = (last == ~0UL) ? 64 :
1587                                                 ilog2(last + 1);
1588                         xas_set_order(&xas, last, order);
1589                         xas_create(&xas);
1590                         if (xas_error(&xas))
1591                                 goto unlock;
1592                 }
1593                 do {
1594                         xas_set_range(&xas, first, last);
1595                         xas_store(&xas, entry);
1596                         if (xas_error(&xas))
1597                                 goto unlock;
1598                         first += xas_size(&xas);
1599                 } while (first <= last);
1600 unlock:
1601                 xas_unlock(&xas);
1602         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
1603
1604         return xas_result(&xas, NULL);
1605 }
1606 EXPORT_SYMBOL(xa_store_range);
1607 #endif /* CONFIG_XARRAY_MULTI */
1608
1609 /**
1610  * __xa_alloc() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
1611  * @xa: XArray.
1612  * @id: Pointer to ID.
1613  * @max: Maximum ID to allocate (inclusive).
1614  * @entry: New entry.
1615  * @gfp: Memory allocation flags.
1616  *
1617  * Allocates an unused ID in the range specified by @id and @max.
1618  * Updates the @id pointer with the index, then stores the entry at that
1619  * index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
1620  *
1621  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.  May
1622  * release and reacquire xa_lock if @gfp flags permit.
1623  * Return: 0 on success, -ENOMEM if memory allocation fails or -ENOSPC if
1624  * there is no more space in the XArray.
1625  */
1626 int __xa_alloc(struct xarray *xa, u32 *id, u32 max, void *entry, gfp_t gfp)
1627 {
1628         XA_STATE(xas, xa, 0);
1629         int err;
1630
1631         if (WARN_ON_ONCE(xa_is_internal(entry)))
1632                 return -EINVAL;
1633         if (WARN_ON_ONCE(!xa_track_free(xa)))
1634                 return -EINVAL;
1635
1636         if (!entry)
1637                 entry = XA_ZERO_ENTRY;
1638
1639         do {
1640                 xas.xa_index = *id;
1641                 xas_find_marked(&xas, max, XA_FREE_MARK);
1642                 if (xas.xa_node == XAS_RESTART)
1643                         xas_set_err(&xas, -ENOSPC);
1644                 xas_store(&xas, entry);
1645                 xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
1646         } while (__xas_nomem(&xas, gfp));
1647
1648         err = xas_error(&xas);
1649         if (!err)
1650                 *id = xas.xa_index;
1651         return err;
1652 }
1653 EXPORT_SYMBOL(__xa_alloc);
1654
1655 /**
1656  * __xa_set_mark() - Set this mark on this entry while locked.
1657  * @xa: XArray.
1658  * @index: Index of entry.
1659  * @mark: Mark number.
1660  *
1661  * Attempting to set a mark on a NULL entry does not succeed.
1662  *
1663  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.
1664  */
1665 void __xa_set_mark(struct xarray *xa, unsigned long index, xa_mark_t mark)
1666 {
1667         XA_STATE(xas, xa, index);
1668         void *entry = xas_load(&xas);
1669
1670         if (entry)
1671                 xas_set_mark(&xas, mark);
1672 }
1673 EXPORT_SYMBOL(__xa_set_mark);
1674
1675 /**
1676  * __xa_clear_mark() - Clear this mark on this entry while locked.
1677  * @xa: XArray.
1678  * @index: Index of entry.
1679  * @mark: Mark number.
1680  *
1681  * Context: Any context.  Expects xa_lock to be held on entry.
1682  */
1683 void __xa_clear_mark(struct xarray *xa, unsigned long index, xa_mark_t mark)
1684 {
1685         XA_STATE(xas, xa, index);
1686         void *entry = xas_load(&xas);
1687
1688         if (entry)
1689                 xas_clear_mark(&xas, mark);
1690 }
1691 EXPORT_SYMBOL(__xa_clear_mark);
1692
1693 /**
1694  * xa_get_mark() - Inquire whether this mark is set on this entry.
1695  * @xa: XArray.
1696  * @index: Index of entry.
1697  * @mark: Mark number.
1698  *
1699  * This function uses the RCU read lock, so the result may be out of date
1700  * by the time it returns.  If you need the result to be stable, use a lock.
1701  *
1702  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
1703  * Return: True if the entry at @index has this mark set, false if it doesn't.
1704  */
1705 bool xa_get_mark(struct xarray *xa, unsigned long index, xa_mark_t mark)
1706 {
1707         XA_STATE(xas, xa, index);
1708         void *entry;
1709
1710         rcu_read_lock();
1711         entry = xas_start(&xas);
1712         while (xas_get_mark(&xas, mark)) {
1713                 if (!xa_is_node(entry))
1714                         goto found;
1715                 entry = xas_descend(&xas, xa_to_node(entry));
1716         }
1717         rcu_read_unlock();
1718         return false;
1719  found:
1720         rcu_read_unlock();
1721         return true;
1722 }
1723 EXPORT_SYMBOL(xa_get_mark);
1724
1725 /**
1726  * xa_set_mark() - Set this mark on this entry.
1727  * @xa: XArray.
1728  * @index: Index of entry.
1729  * @mark: Mark number.
1730  *
1731  * Attempting to set a mark on a NULL entry does not succeed.
1732  *
1733  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock.
1734  */
1735 void xa_set_mark(struct xarray *xa, unsigned long index, xa_mark_t mark)
1736 {
1737         xa_lock(xa);
1738         __xa_set_mark(xa, index, mark);
1739         xa_unlock(xa);
1740 }
1741 EXPORT_SYMBOL(xa_set_mark);
1742
1743 /**
1744  * xa_clear_mark() - Clear this mark on this entry.
1745  * @xa: XArray.
1746  * @index: Index of entry.
1747  * @mark: Mark number.
1748  *
1749  * Clearing a mark always succeeds.
1750  *
1751  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock.
1752  */
1753 void xa_clear_mark(struct xarray *xa, unsigned long index, xa_mark_t mark)
1754 {
1755         xa_lock(xa);
1756         __xa_clear_mark(xa, index, mark);
1757         xa_unlock(xa);
1758 }
1759 EXPORT_SYMBOL(xa_clear_mark);
1760
1761 /**
1762  * xa_find() - Search the XArray for an entry.
1763  * @xa: XArray.
1764  * @indexp: Pointer to an index.
1765  * @max: Maximum index to search to.
1766  * @filter: Selection criterion.
1767  *
1768  * Finds the entry in @xa which matches the @filter, and has the lowest
1769  * index that is at least @indexp and no more than @max.
1770  * If an entry is found, @indexp is updated to be the index of the entry.
1771  * This function is protected by the RCU read lock, so it may not find
1772  * entries which are being simultaneously added.  It will not return an
1773  * %XA_RETRY_ENTRY; if you need to see retry entries, use xas_find().
1774  *
1775  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
1776  * Return: The entry, if found, otherwise %NULL.
1777  */
1778 void *xa_find(struct xarray *xa, unsigned long *indexp,
1779                         unsigned long max, xa_mark_t filter)
1780 {
1781         XA_STATE(xas, xa, *indexp);
1782         void *entry;
1783
1784         rcu_read_lock();
1785         do {
1786                 if ((__force unsigned int)filter < XA_MAX_MARKS)
1787                         entry = xas_find_marked(&xas, max, filter);
1788                 else
1789                         entry = xas_find(&xas, max);
1790         } while (xas_retry(&xas, entry));
1791         rcu_read_unlock();
1792
1793         if (entry)
1794                 *indexp = xas.xa_index;
1795         return entry;
1796 }
1797 EXPORT_SYMBOL(xa_find);
1798
1799 /**
1800  * xa_find_after() - Search the XArray for a present entry.
1801  * @xa: XArray.
1802  * @indexp: Pointer to an index.
1803  * @max: Maximum index to search to.
1804  * @filter: Selection criterion.
1805  *
1806  * Finds the entry in @xa which matches the @filter and has the lowest
1807  * index that is above @indexp and no more than @max.
1808  * If an entry is found, @indexp is updated to be the index of the entry.
1809  * This function is protected by the RCU read lock, so it may miss entries
1810  * which are being simultaneously added.  It will not return an
1811  * %XA_RETRY_ENTRY; if you need to see retry entries, use xas_find().
1812  *
1813  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
1814  * Return: The pointer, if found, otherwise %NULL.
1815  */
1816 void *xa_find_after(struct xarray *xa, unsigned long *indexp,
1817                         unsigned long max, xa_mark_t filter)
1818 {
1819         XA_STATE(xas, xa, *indexp + 1);
1820         void *entry;
1821
1822         rcu_read_lock();
1823         for (;;) {
1824                 if ((__force unsigned int)filter < XA_MAX_MARKS)
1825                         entry = xas_find_marked(&xas, max, filter);
1826                 else
1827                         entry = xas_find(&xas, max);
1828                 if (xas.xa_node == XAS_BOUNDS)
1829                         break;
1830                 if (xas.xa_shift) {
1831                         if (xas.xa_index & ((1UL << xas.xa_shift) - 1))
1832                                 continue;
1833                 } else {
1834                         if (xas.xa_offset < (xas.xa_index & XA_CHUNK_MASK))
1835                                 continue;
1836                 }
1837                 if (!xas_retry(&xas, entry))
1838                         break;
1839         }
1840         rcu_read_unlock();
1841
1842         if (entry)
1843                 *indexp = xas.xa_index;
1844         return entry;
1845 }
1846 EXPORT_SYMBOL(xa_find_after);
1847
1848 static unsigned int xas_extract_present(struct xa_state *xas, void **dst,
1849                         unsigned long max, unsigned int n)
1850 {
1851         void *entry;
1852         unsigned int i = 0;
1853
1854         rcu_read_lock();
1855         xas_for_each(xas, entry, max) {
1856                 if (xas_retry(xas, entry))
1857                         continue;
1858                 dst[i++] = entry;
1859                 if (i == n)
1860                         break;
1861         }
1862         rcu_read_unlock();
1863
1864         return i;
1865 }
1866
1867 static unsigned int xas_extract_marked(struct xa_state *xas, void **dst,
1868                         unsigned long max, unsigned int n, xa_mark_t mark)
1869 {
1870         void *entry;
1871         unsigned int i = 0;
1872
1873         rcu_read_lock();
1874         xas_for_each_marked(xas, entry, max, mark) {
1875                 if (xas_retry(xas, entry))
1876                         continue;
1877                 dst[i++] = entry;
1878                 if (i == n)
1879                         break;
1880         }
1881         rcu_read_unlock();
1882
1883         return i;
1884 }
1885
1886 /**
1887  * xa_extract() - Copy selected entries from the XArray into a normal array.
1888  * @xa: The source XArray to copy from.
1889  * @dst: The buffer to copy entries into.
1890  * @start: The first index in the XArray eligible to be selected.
1891  * @max: The last index in the XArray eligible to be selected.
1892  * @n: The maximum number of entries to copy.
1893  * @filter: Selection criterion.
1894  *
1895  * Copies up to @n entries that match @filter from the XArray.  The
1896  * copied entries will have indices between @start and @max, inclusive.
1897  *
1898  * The @filter may be an XArray mark value, in which case entries which are
1899  * marked with that mark will be copied.  It may also be %XA_PRESENT, in
1900  * which case all entries which are not NULL will be copied.
1901  *
1902  * The entries returned may not represent a snapshot of the XArray at a
1903  * moment in time.  For example, if another thread stores to index 5, then
1904  * index 10, calling xa_extract() may return the old contents of index 5
1905  * and the new contents of index 10.  Indices not modified while this
1906  * function is running will not be skipped.
1907  *
1908  * If you need stronger guarantees, holding the xa_lock across calls to this
1909  * function will prevent concurrent modification.
1910  *
1911  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
1912  * Return: The number of entries copied.
1913  */
1914 unsigned int xa_extract(struct xarray *xa, void **dst, unsigned long start,
1915                         unsigned long max, unsigned int n, xa_mark_t filter)
1916 {
1917         XA_STATE(xas, xa, start);
1918
1919         if (!n)
1920                 return 0;
1921
1922         if ((__force unsigned int)filter < XA_MAX_MARKS)
1923                 return xas_extract_marked(&xas, dst, max, n, filter);
1924         return xas_extract_present(&xas, dst, max, n);
1925 }
1926 EXPORT_SYMBOL(xa_extract);
1927
1928 /**
1929  * xa_destroy() - Free all internal data structures.
1930  * @xa: XArray.
1931  *
1932  * After calling this function, the XArray is empty and has freed all memory
1933  * allocated for its internal data structures.  You are responsible for
1934  * freeing the objects referenced by the XArray.
1935  *
1936  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock, interrupt-safe.
1937  */
1938 void xa_destroy(struct xarray *xa)
1939 {
1940         XA_STATE(xas, xa, 0);
1941         unsigned long flags;
1942         void *entry;
1943
1944         xas.xa_node = NULL;
1945         xas_lock_irqsave(&xas, flags);
1946         entry = xa_head_locked(xa);
1947         RCU_INIT_POINTER(xa->xa_head, NULL);
1948         xas_init_marks(&xas);
1949         /* lockdep checks we're still holding the lock in xas_free_nodes() */
1950         if (xa_is_node(entry))
1951                 xas_free_nodes(&xas, xa_to_node(entry));
1952         xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
1953 }
1954 EXPORT_SYMBOL(xa_destroy);
1955
1956 #ifdef XA_DEBUG
1957 void xa_dump_node(const struct xa_node *node)
1958 {
1959         unsigned i, j;
1960
1961         if (!node)
1962                 return;
1963         if ((unsigned long)node & 3) {
1964                 pr_cont("node %px\n", node);
1965                 return;
1966         }
1967
1968         pr_cont("node %px %s %d parent %px shift %d count %d values %d "
1969                 "array %px list %px %px marks",
1970                 node, node->parent ? "offset" : "max", node->offset,
1971                 node->parent, node->shift, node->count, node->nr_values,
1972                 node->array, node->private_list.prev, node->private_list.next);
1973         for (i = 0; i < XA_MAX_MARKS; i++)
1974                 for (j = 0; j < XA_MARK_LONGS; j++)
1975                         pr_cont(" %lx", node->marks[i][j]);
1976         pr_cont("\n");
1977 }
1978
1979 void xa_dump_index(unsigned long index, unsigned int shift)
1980 {
1981         if (!shift)
1982                 pr_info("%lu: ", index);
1983         else if (shift >= BITS_PER_LONG)
1984                 pr_info("0-%lu: ", ~0UL);
1985         else
1986                 pr_info("%lu-%lu: ", index, index | ((1UL << shift) - 1));
1987 }
1988
1989 void xa_dump_entry(const void *entry, unsigned long index, unsigned long shift)
1990 {
1991         if (!entry)
1992                 return;
1993
1994         xa_dump_index(index, shift);
1995
1996         if (xa_is_node(entry)) {
1997                 if (shift == 0) {
1998                         pr_cont("%px\n", entry);
1999                 } else {
2000                         unsigned long i;
2001                         struct xa_node *node = xa_to_node(entry);
2002                         xa_dump_node(node);
2003                         for (i = 0; i < XA_CHUNK_SIZE; i++)
2004                                 xa_dump_entry(node->slots[i],
2005                                       index + (i << node->shift), node->shift);
2006                 }
2007         } else if (xa_is_value(entry))
2008                 pr_cont("value %ld (0x%lx) [%px]\n", xa_to_value(entry),
2009                                                 xa_to_value(entry), entry);
2010         else if (!xa_is_internal(entry))
2011                 pr_cont("%px\n", entry);
2012         else if (xa_is_retry(entry))
2013                 pr_cont("retry (%ld)\n", xa_to_internal(entry));
2014         else if (xa_is_sibling(entry))
2015                 pr_cont("sibling (slot %ld)\n", xa_to_sibling(entry));
2016         else if (xa_is_zero(entry))
2017                 pr_cont("zero (%ld)\n", xa_to_internal(entry));
2018         else
2019                 pr_cont("UNKNOWN ENTRY (%px)\n", entry);
2020 }
2021
2022 void xa_dump(const struct xarray *xa)
2023 {
2024         void *entry = xa->xa_head;
2025         unsigned int shift = 0;
2026
2027         pr_info("xarray: %px head %px flags %x marks %d %d %d\n", xa, entry,
2028                         xa->xa_flags, xa_marked(xa, XA_MARK_0),
2029                         xa_marked(xa, XA_MARK_1), xa_marked(xa, XA_MARK_2));
2030         if (xa_is_node(entry))
2031                 shift = xa_to_node(entry)->shift + XA_CHUNK_SHIFT;
2032         xa_dump_entry(entry, 0, shift);
2033 }
2034 #endif