lib/radix-tree.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2001 Momchil Velikov
   3  * Portions Copyright (C) 2001 Christoph Hellwig
   4  * Copyright (C) 2005 SGI, Christoph Lameter
   5  * Copyright (C) 2006 Nick Piggin
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9  * published by the Free Software Foundation; either version 2, or (at
  10  * your option) any later version.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with this program; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20  */
  21
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/module.h>
  26 #include <linux/radix-tree.h>
  27 #include <linux/percpu.h>
  28 #include <linux/slab.h>
  29 #include <linux/notifier.h>
  30 #include <linux/cpu.h>
  31 #include <linux/string.h>
  32 #include <linux/bitops.h>
  33 #include <linux/rcupdate.h>
  34
  35
  36 #ifdef __KERNEL__
  37 #define RADIX_TREE_MAP_SHIFT    (CONFIG_BASE_SMALL ? 4 : 6)
  38 #else
  39 #define RADIX_TREE_MAP_SHIFT    3       /* For more stressful testing */
  40 #endif
  41
  42 #define RADIX_TREE_MAP_SIZE     (1UL << RADIX_TREE_MAP_SHIFT)
  43 #define RADIX_TREE_MAP_MASK     (RADIX_TREE_MAP_SIZE-1)
  44
  45 #define RADIX_TREE_TAG_LONGS    \
  46         ((RADIX_TREE_MAP_SIZE + BITS_PER_LONG - 1) / BITS_PER_LONG)
  47
  48 struct radix_tree_node {
  49         unsigned int    height;         /* Height from the bottom */
  50         unsigned int    count;
  51         struct rcu_head rcu_head;
  52         void            *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE];
  53         unsigned long   tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS];
  54 };
  55
  56 struct radix_tree_path {
  57         struct radix_tree_node *node;
  58         int offset;
  59 };
  60
  61 #define RADIX_TREE_INDEX_BITS  (8 /* CHAR_BIT */ * sizeof(unsigned long))
  62 #define RADIX_TREE_MAX_PATH (DIV_ROUND_UP(RADIX_TREE_INDEX_BITS, \
  63                                           RADIX_TREE_MAP_SHIFT))
  64
  65 /*
  66  * The height_to_maxindex array needs to be one deeper than the maximum
  67  * path as height 0 holds only 1 entry.
  68  */
  69 static unsigned long height_to_maxindex[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1] __read_mostly;
  70
  71 /*
  72  * Radix tree node cache.
  73  */
  74 static struct kmem_cache *radix_tree_node_cachep;
  75
  76 /*
  77  * Per-cpu pool of preloaded nodes
  78  */
  79 struct radix_tree_preload {
  80         int nr;
  81         struct radix_tree_node *nodes[RADIX_TREE_MAX_PATH];
  82 };
  83 static DEFINE_PER_CPU(struct radix_tree_preload, radix_tree_preloads) = { 0, };
  84
  85 static inline gfp_t root_gfp_mask(struct radix_tree_root *root)
  86 {
  87         return root->gfp_mask & __GFP_BITS_MASK;
  88 }
  89
  90 static inline void tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
  91                 int offset)
  92 {
  93         __set_bit(offset, node->tags[tag]);
  94 }
  95
  96 static inline void tag_clear(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
  97                 int offset)
  98 {
  99         __clear_bit(offset, node->tags[tag]);
 100 }
 101
 102 static inline int tag_get(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 103                 int offset)
 104 {
 105         return test_bit(offset, node->tags[tag]);
 106 }
 107
 108 static inline void root_tag_set(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 109 {
 110         root->gfp_mask |= (__force gfp_t)(1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 111 }
 112
 113 static inline void root_tag_clear(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 114 {
 115         root->gfp_mask &= (__force gfp_t)~(1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 116 }
 117
 118 static inline void root_tag_clear_all(struct radix_tree_root *root)
 119 {
 120         root->gfp_mask &= __GFP_BITS_MASK;
 121 }
 122
 123 static inline int root_tag_get(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 124 {
 125         return (__force unsigned)root->gfp_mask & (1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 126 }
 127
 128 /*
 129  * Returns 1 if any slot in the node has this tag set.
 130  * Otherwise returns 0.
 131  */
 132 static inline int any_tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag)
 133 {
 134         int idx;
 135         for (idx = 0; idx < RADIX_TREE_TAG_LONGS; idx++) {
 136                 if (node->tags[tag][idx])
 137                         return 1;
 138         }
 139         return 0;
 140 }
 141 /*
 142  * This assumes that the caller has performed appropriate preallocation, and
 143  * that the caller has pinned this thread of control to the current CPU.
 144  */
 145 static struct radix_tree_node *
 146 radix_tree_node_alloc(struct radix_tree_root *root)
 147 {
 148         struct radix_tree_node *ret = NULL;
 149         gfp_t gfp_mask = root_gfp_mask(root);
 150
 151         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 152                 struct radix_tree_preload *rtp;
 153
 154                 /*
 155                  * Provided the caller has preloaded here, we will always
 156                  * succeed in getting a node here (and never reach
 157                  * kmem_cache_alloc)
 158                  */
 159                 rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 160                 if (rtp->nr) {
 161                         ret = rtp->nodes[rtp->nr - 1];
 162                         rtp->nodes[rtp->nr - 1] = NULL;
 163                         rtp->nr--;
 164                 }
 165         }
 166         if (ret == NULL)
 167                 ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 168
 169         BUG_ON(radix_tree_is_indirect_ptr(ret));
 170         return ret;
 171 }
 172
 173 static void radix_tree_node_rcu_free(struct rcu_head *head)
 174 {
 175         struct radix_tree_node *node =
 176                         container_of(head, struct radix_tree_node, rcu_head);
 177
 178         /*
 179          * must only free zeroed nodes into the slab. radix_tree_shrink
 180          * can leave us with a non-NULL entry in the first slot, so clear
 181          * that here to make sure.
 182          */
 183         tag_clear(node, 0, 0);
 184         tag_clear(node, 1, 0);
 185         node->slots[0] = NULL;
 186         node->count = 0;
 187
 188         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 189 }
 190
 191 static inline void
 192 radix_tree_node_free(struct radix_tree_node *node)
 193 {
 194         call_rcu(&node->rcu_head, radix_tree_node_rcu_free);
 195 }
 196
 197 /*
 198  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 199  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 200  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 201  * with preemption not disabled.
 202  *
 203  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 204  * __GFP_WAIT being passed to INIT_RADIX_TREE().
 205  */
 206 int radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask)
 207 {
 208         struct radix_tree_preload *rtp;
 209         struct radix_tree_node *node;
 210         int ret = -ENOMEM;
 211
 212         preempt_disable();
 213         rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 214         while (rtp->nr < ARRAY_SIZE(rtp->nodes)) {
 215                 preempt_enable();
 216                 node = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 217                 if (node == NULL)
 218                         goto out;
 219                 preempt_disable();
 220                 rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 221                 if (rtp->nr < ARRAY_SIZE(rtp->nodes))
 222                         rtp->nodes[rtp->nr++] = node;
 223                 else
 224                         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 225         }
 226         ret = 0;
 227 out:
 228         return ret;
 229 }
 230 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_preload);
 231
 232 /*
 233  *      Return the maximum key which can be store into a
 234  *      radix tree with height HEIGHT.
 235  */
 236 static inline unsigned long radix_tree_maxindex(unsigned int height)
 237 {
 238         return height_to_maxindex[height];
 239 }
 240
 241 /*
 242  *      Extend a radix tree so it can store key @index.
 243  */
 244 static int radix_tree_extend(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 245 {
 246         struct radix_tree_node *node;
 247         unsigned int height;
 248         int tag;
 249
 250         /* Figure out what the height should be.  */
 251         height = root->height + 1;
 252         while (index > radix_tree_maxindex(height))
 253                 height++;
 254
 255         if (root->rnode == NULL) {
 256                 root->height = height;
 257                 goto out;
 258         }
 259
 260         do {
 261                 unsigned int newheight;
 262                 if (!(node = radix_tree_node_alloc(root)))
 263                         return -ENOMEM;
 264
 265                 /* Increase the height.  */
 266                 node->slots[0] = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 267
 268                 /* Propagate the aggregated tag info into the new root */
 269                 for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
 270                         if (root_tag_get(root, tag))
 271                                 tag_set(node, tag, 0);
 272                 }
 273
 274                 newheight = root->height+1;
 275                 node->height = newheight;
 276                 node->count = 1;
 277                 node = radix_tree_ptr_to_indirect(node);
 278                 rcu_assign_pointer(root->rnode, node);
 279                 root->height = newheight;
 280         } while (height > root->height);
 281 out:
 282         return 0;
 283 }
 284
 285 /**
 286  *      radix_tree_insert    -    insert into a radix tree
 287  *      @root:          radix tree root
 288  *      @index:         index key
 289  *      @item:          item to insert
 290  *
 291  *      Insert an item into the radix tree at position @index.
 292  */
 293 int radix_tree_insert(struct radix_tree_root *root,
 294                         unsigned long index, void *item)
 295 {
 296         struct radix_tree_node *node = NULL, *slot;
 297         unsigned int height, shift;
 298         int offset;
 299         int error;
 300
 301         BUG_ON(radix_tree_is_indirect_ptr(item));
 302
 303         /* Make sure the tree is high enough.  */
 304         if (index > radix_tree_maxindex(root->height)) {
 305                 error = radix_tree_extend(root, index);
 306                 if (error)
 307                         return error;
 308         }
 309
 310         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 311
 312         height = root->height;
 313         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 314
 315         offset = 0;                     /* uninitialised var warning */
 316         while (height > 0) {
 317                 if (slot == NULL) {
 318                         /* Have to add a child node.  */
 319                         if (!(slot = radix_tree_node_alloc(root)))
 320                                 return -ENOMEM;
 321                         slot->height = height;
 322                         if (node) {
 323                                 rcu_assign_pointer(node->slots[offset], slot);
 324                                 node->count++;
 325                         } else
 326                                 rcu_assign_pointer(root->rnode,
 327                                         radix_tree_ptr_to_indirect(slot));
 328                 }
 329
 330                 /* Go a level down */
 331                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 332                 node = slot;
 333                 slot = node->slots[offset];
 334                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 335                 height--;
 336         }
 337
 338         if (slot != NULL)
 339                 return -EEXIST;
 340
 341         if (node) {
 342                 node->count++;
 343                 rcu_assign_pointer(node->slots[offset], item);
 344                 BUG_ON(tag_get(node, 0, offset));
 345                 BUG_ON(tag_get(node, 1, offset));
 346         } else {
 347                 rcu_assign_pointer(root->rnode, item);
 348                 BUG_ON(root_tag_get(root, 0));
 349                 BUG_ON(root_tag_get(root, 1));
 350         }
 351
 352         return 0;
 353 }
 354 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_insert);
 355
 356 /*
 357  * is_slot == 1 : search for the slot.
 358  * is_slot == 0 : search for the node.
 359  */
 360 static void *radix_tree_lookup_element(struct radix_tree_root *root,
 361                                 unsigned long index, int is_slot)
 362 {
 363         unsigned int height, shift;
 364         struct radix_tree_node *node, **slot;
 365
 366         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
 367         if (node == NULL)
 368                 return NULL;
 369
 370         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 371                 if (index > 0)
 372                         return NULL;
 373                 return is_slot ? (void *)&root->rnode : node;
 374         }
 375         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 376
 377         height = node->height;
 378         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 379                 return NULL;
 380
 381         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 382
 383         do {
 384                 slot = (struct radix_tree_node **)
 385                         (node->slots + ((index>>shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK));
 386                 node = rcu_dereference_raw(*slot);
 387                 if (node == NULL)
 388                         return NULL;
 389
 390                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 391                 height--;
 392         } while (height > 0);
 393
 394         return is_slot ? (void *)slot:node;
 395 }
 396
 397 /**
 398  *      radix_tree_lookup_slot    -    lookup a slot in a radix tree
 399  *      @root:          radix tree root
 400  *      @index:         index key
 401  *
 402  *      Returns:  the slot corresponding to the position @index in the
 403  *      radix tree @root. This is useful for update-if-exists operations.
 404  *
 405  *      This function can be called under rcu_read_lock iff the slot is not
 406  *      modified by radix_tree_replace_slot, otherwise it must be called
 407  *      exclusive from other writers. Any dereference of the slot must be done
 408  *      using radix_tree_deref_slot.
 409  */
 410 void **radix_tree_lookup_slot(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 411 {
 412         return (void **)radix_tree_lookup_element(root, index, 1);
 413 }
 414 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup_slot);
 415
 416 /**
 417  *      radix_tree_lookup    -    perform lookup operation on a radix tree
 418  *      @root:          radix tree root
 419  *      @index:         index key
 420  *
 421  *      Lookup the item at the position @index in the radix tree @root.
 422  *
 423  *      This function can be called under rcu_read_lock, however the caller
 424  *      must manage lifetimes of leaf nodes (eg. RCU may also be used to free
 425  *      them safely). No RCU barriers are required to access or modify the
 426  *      returned item, however.
 427  */
 428 void *radix_tree_lookup(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 429 {
 430         return radix_tree_lookup_element(root, index, 0);
 431 }
 432 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup);
 433
 434 /**
 435  *      radix_tree_tag_set - set a tag on a radix tree node
 436  *      @root:          radix tree root
 437  *      @index:         index key
 438  *      @tag:           tag index
 439  *
 440  *      Set the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 441  *      corresponding to @index in the radix tree.  From
 442  *      the root all the way down to the leaf node.
 443  *
 444  *      Returns the address of the tagged item.   Setting a tag on a not-present
 445  *      item is a bug.
 446  */
 447 void *radix_tree_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 448                         unsigned long index, unsigned int tag)
 449 {
 450         unsigned int height, shift;
 451         struct radix_tree_node *slot;
 452
 453         height = root->height;
 454         BUG_ON(index > radix_tree_maxindex(height));
 455
 456         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 457         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 458
 459         while (height > 0) {
 460                 int offset;
 461
 462                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 463                 if (!tag_get(slot, tag, offset))
 464                         tag_set(slot, tag, offset);
 465                 slot = slot->slots[offset];
 466                 BUG_ON(slot == NULL);
 467                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 468                 height--;
 469         }
 470
 471         /* set the root's tag bit */
 472         if (slot && !root_tag_get(root, tag))
 473                 root_tag_set(root, tag);
 474
 475         return slot;
 476 }
 477 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_set);
 478
 479 /**
 480  *      radix_tree_tag_clear - clear a tag on a radix tree node
 481  *      @root:          radix tree root
 482  *      @index:         index key
 483  *      @tag:           tag index
 484  *
 485  *      Clear the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 486  *      corresponding to @index in the radix tree.  If
 487  *      this causes the leaf node to have no tags set then clear the tag in the
 488  *      next-to-leaf node, etc.
 489  *
 490  *      Returns the address of the tagged item on success, else NULL.  ie:
 491  *      has the same return value and semantics as radix_tree_lookup().
 492  */
 493 void *radix_tree_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
 494                         unsigned long index, unsigned int tag)
 495 {
 496         /*
 497          * The radix tree path needs to be one longer than the maximum path
 498          * since the "list" is null terminated.
 499          */
 500         struct radix_tree_path path[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1], *pathp = path;
 501         struct radix_tree_node *slot = NULL;
 502         unsigned int height, shift;
 503
 504         height = root->height;
 505         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 506                 goto out;
 507
 508         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 509         pathp->node = NULL;
 510         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 511
 512         while (height > 0) {
 513                 int offset;
 514
 515                 if (slot == NULL)
 516                         goto out;
 517
 518                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 519                 pathp[1].offset = offset;
 520                 pathp[1].node = slot;
 521                 slot = slot->slots[offset];
 522                 pathp++;
 523                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 524                 height--;
 525         }
 526
 527         if (slot == NULL)
 528                 goto out;
 529
 530         while (pathp->node) {
 531                 if (!tag_get(pathp->node, tag, pathp->offset))
 532                         goto out;
 533                 tag_clear(pathp->node, tag, pathp->offset);
 534                 if (any_tag_set(pathp->node, tag))
 535                         goto out;
 536                 pathp--;
 537         }
 538
 539         /* clear the root's tag bit */
 540         if (root_tag_get(root, tag))
 541                 root_tag_clear(root, tag);
 542
 543 out:
 544         return slot;
 545 }
 546 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_clear);
 547
 548 /**
 549  * radix_tree_tag_get - get a tag on a radix tree node
 550  * @root:               radix tree root
 551  * @index:              index key
 552  * @tag:                tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 553  *
 554  * Return values:
 555  *
 556  *  0: tag not present or not set
 557  *  1: tag set
 558  *
 559  * Note that the return value of this function may not be relied on, even if
 560  * the RCU lock is held, unless tag modification and node deletion are excluded
 561  * from concurrency.
 562  */
 563 int radix_tree_tag_get(struct radix_tree_root *root,
 564                         unsigned long index, unsigned int tag)
 565 {
 566         unsigned int height, shift;
 567         struct radix_tree_node *node;
 568         int saw_unset_tag = 0;
 569
 570         /* check the root's tag bit */
 571         if (!root_tag_get(root, tag))
 572                 return 0;
 573
 574         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
 575         if (node == NULL)
 576                 return 0;
 577
 578         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node))
 579                 return (index == 0);
 580         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 581
 582         height = node->height;
 583         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 584                 return 0;
 585
 586         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 587
 588         for ( ; ; ) {
 589                 int offset;
 590
 591                 if (node == NULL)
 592                         return 0;
 593
 594                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 595
 596                 /*
 597                  * This is just a debug check.  Later, we can bale as soon as
 598                  * we see an unset tag.
 599                  */
 600                 if (!tag_get(node, tag, offset))
 601                         saw_unset_tag = 1;
 602                 if (height == 1)
 603                         return !!tag_get(node, tag, offset);
 604                 node = rcu_dereference_raw(node->slots[offset]);
 605                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 606                 height--;
 607         }
 608 }
 609 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_get);
 610
 611 /**
 612  * radix_tree_range_tag_if_tagged - for each item in given range set given
 613  *                                 tag if item has another tag set
 614  * @root:               radix tree root
 615  * @first_indexp:       pointer to a starting index of a range to scan
 616  * @last_index:         last index of a range to scan
 617  * @nr_to_tag:          maximum number items to tag
 618  * @iftag:              tag index to test
 619  * @settag:             tag index to set if tested tag is set
 620  *
 621  * This function scans range of radix tree from first_index to last_index
 622  * (inclusive).  For each item in the range if iftag is set, the function sets
 623  * also settag. The function stops either after tagging nr_to_tag items or
 624  * after reaching last_index.
 625  *
 626  * The function returns number of leaves where the tag was set and sets
 627  * *first_indexp to the first unscanned index.
 628  */
 629 unsigned long radix_tree_range_tag_if_tagged(struct radix_tree_root *root,
 630                 unsigned long *first_indexp, unsigned long last_index,
 631                 unsigned long nr_to_tag,
 632                 unsigned int iftag, unsigned int settag)
 633 {
 634         unsigned int height = root->height, shift;
 635         unsigned long tagged = 0, index = *first_indexp;
 636         struct radix_tree_node *open_slots[height], *slot;
 637
 638         last_index = min(last_index, radix_tree_maxindex(height));
 639         if (index > last_index)
 640                 return 0;
 641         if (!nr_to_tag)
 642                 return 0;
 643         if (!root_tag_get(root, iftag)) {
 644                 *first_indexp = last_index + 1;
 645                 return 0;
 646         }
 647         if (height == 0) {
 648                 *first_indexp = last_index + 1;
 649                 root_tag_set(root, settag);
 650                 return 1;
 651         }
 652
 653         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 654         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 655
 656         for (;;) {
 657                 int offset;
 658
 659                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 660                 if (!slot->slots[offset])
 661                         goto next;
 662                 if (!tag_get(slot, iftag, offset))
 663                         goto next;
 664                 tag_set(slot, settag, offset);
 665                 if (height == 1) {
 666                         tagged++;
 667                         goto next;
 668                 }
 669                 /* Go down one level */
 670                 height--;
 671                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 672                 open_slots[height] = slot;
 673                 slot = slot->slots[offset];
 674                 continue;
 675 next:
 676                 /* Go to next item at level determined by 'shift' */
 677                 index = ((index >> shift) + 1) << shift;
 678                 if (index > last_index)
 679                         break;
 680                 if (tagged >= nr_to_tag)
 681                         break;
 682                 while (((index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK) == 0) {
 683                         /*
 684                          * We've fully scanned this node. Go up. Because
 685                          * last_index is guaranteed to be in the tree, what
 686                          * we do below cannot wander astray.
 687                          */
 688                         slot = open_slots[height];
 689                         height++;
 690                         shift += RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 691                 }
 692         }
 693         /*
 694          * The iftag must have been set somewhere because otherwise
 695          * we would return immediated at the beginning of the function
 696          */
 697         root_tag_set(root, settag);
 698         *first_indexp = index;
 699
 700         return tagged;
 701 }
 702 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_range_tag_if_tagged);
 703
 704
 705 /**
 706  *      radix_tree_next_hole    -    find the next hole (not-present entry)
 707  *      @root:          tree root
 708  *      @index:         index key
 709  *      @max_scan:      maximum range to search
 710  *
 711  *      Search the set [index, min(index+max_scan-1, MAX_INDEX)] for the lowest
 712  *      indexed hole.
 713  *
 714  *      Returns: the index of the hole if found, otherwise returns an index
 715  *      outside of the set specified (in which case 'return - index >= max_scan'
 716  *      will be true). In rare cases of index wrap-around, 0 will be returned.
 717  *
 718  *      radix_tree_next_hole may be called under rcu_read_lock. However, like
 719  *      radix_tree_gang_lookup, this will not atomically search a snapshot of
 720  *      the tree at a single point in time. For example, if a hole is created
 721  *      at index 5, then subsequently a hole is created at index 10,
 722  *      radix_tree_next_hole covering both indexes may return 10 if called
 723  *      under rcu_read_lock.
 724  */
 725 unsigned long radix_tree_next_hole(struct radix_tree_root *root,
 726                                 unsigned long index, unsigned long max_scan)
 727 {
 728         unsigned long i;
 729
 730         for (i = 0; i < max_scan; i++) {
 731                 if (!radix_tree_lookup(root, index))
 732                         break;
 733                 index++;
 734                 if (index == 0)
 735                         break;
 736         }
 737
 738         return index;
 739 }
 740 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_next_hole);
 741
 742 /**
 743  *      radix_tree_prev_hole    -    find the prev hole (not-present entry)
 744  *      @root:          tree root
 745  *      @index:         index key
 746  *      @max_scan:      maximum range to search
 747  *
 748  *      Search backwards in the range [max(index-max_scan+1, 0), index]
 749  *      for the first hole.
 750  *
 751  *      Returns: the index of the hole if found, otherwise returns an index
 752  *      outside of the set specified (in which case 'index - return >= max_scan'
 753  *      will be true). In rare cases of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
 754  *
 755  *      radix_tree_next_hole may be called under rcu_read_lock. However, like
 756  *      radix_tree_gang_lookup, this will not atomically search a snapshot of
 757  *      the tree at a single point in time. For example, if a hole is created
 758  *      at index 10, then subsequently a hole is created at index 5,
 759  *      radix_tree_prev_hole covering both indexes may return 5 if called under
 760  *      rcu_read_lock.
 761  */
 762 unsigned long radix_tree_prev_hole(struct radix_tree_root *root,
 763                                    unsigned long index, unsigned long max_scan)
 764 {
 765         unsigned long i;
 766
 767         for (i = 0; i < max_scan; i++) {
 768                 if (!radix_tree_lookup(root, index))
 769                         break;
 770                 index--;
 771                 if (index == ULONG_MAX)
 772                         break;
 773         }
 774
 775         return index;
 776 }
 777 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_prev_hole);
 778
 779 static unsigned int
 780 __lookup(struct radix_tree_node *slot, void ***results, unsigned long index,
 781         unsigned int max_items, unsigned long *next_index)
 782 {
 783         unsigned int nr_found = 0;
 784         unsigned int shift, height;
 785         unsigned long i;
 786
 787         height = slot->height;
 788         if (height == 0)
 789                 goto out;
 790         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 791
 792         for ( ; height > 1; height--) {
 793                 i = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 794                 for (;;) {
 795                         if (slot->slots[i] != NULL)
 796                                 break;
 797                         index &= ~((1UL << shift) - 1);
 798                         index += 1UL << shift;
 799                         if (index == 0)
 800                                 goto out;       /* 32-bit wraparound */
 801                         i++;
 802                         if (i == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
 803                                 goto out;
 804                 }
 805
 806                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 807                 slot = rcu_dereference_raw(slot->slots[i]);
 808                 if (slot == NULL)
 809                         goto out;
 810         }
 811
 812         /* Bottom level: grab some items */
 813         for (i = index & RADIX_TREE_MAP_MASK; i < RADIX_TREE_MAP_SIZE; i++) {
 814                 index++;
 815                 if (slot->slots[i]) {
 816                         results[nr_found++] = &(slot->slots[i]);
 817                         if (nr_found == max_items)
 818                                 goto out;
 819                 }
 820         }
 821 out:
 822         *next_index = index;
 823         return nr_found;
 824 }
 825
 826 /**
 827  *      radix_tree_gang_lookup - perform multiple lookup on a radix tree
 828  *      @root:          radix tree root
 829  *      @results:       where the results of the lookup are placed
 830  *      @first_index:   start the lookup from this key
 831  *      @max_items:     place up to this many items at *results
 832  *
 833  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
 834  *      them at *@results and returns the number of items which were placed at
 835  *      *@results.
 836  *
 837  *      The implementation is naive.
 838  *
 839  *      Like radix_tree_lookup, radix_tree_gang_lookup may be called under
 840  *      rcu_read_lock. In this case, rather than the returned results being
 841  *      an atomic snapshot of the tree at a single point in time, the semantics
 842  *      of an RCU protected gang lookup are as though multiple radix_tree_lookups
 843  *      have been issued in individual locks, and results stored in 'results'.
 844  */
 845 unsigned int
 846 radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root, void **results,
 847                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
 848 {
 849         unsigned long max_index;
 850         struct radix_tree_node *node;
 851         unsigned long cur_index = first_index;
 852         unsigned int ret;
 853
 854         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
 855         if (!node)
 856                 return 0;
 857
 858         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 859                 if (first_index > 0)
 860                         return 0;
 861                 results[0] = node;
 862                 return 1;
 863         }
 864         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 865
 866         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
 867
 868         ret = 0;
 869         while (ret < max_items) {
 870                 unsigned int nr_found, slots_found, i;
 871                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
 872
 873                 if (cur_index > max_index)
 874                         break;
 875                 slots_found = __lookup(node, (void ***)results + ret, cur_index,
 876                                         max_items - ret, &next_index);
 877                 nr_found = 0;
 878                 for (i = 0; i < slots_found; i++) {
 879                         struct radix_tree_node *slot;
 880                         slot = *(((void ***)results)[ret + i]);
 881                         if (!slot)
 882                                 continue;
 883                         results[ret + nr_found] = rcu_dereference_raw(slot);
 884                         nr_found++;
 885                 }
 886                 ret += nr_found;
 887                 if (next_index == 0)
 888                         break;
 889                 cur_index = next_index;
 890         }
 891
 892         return ret;
 893 }
 894 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup);
 895
 896 /**
 897  *      radix_tree_gang_lookup_slot - perform multiple slot lookup on radix tree
 898  *      @root:          radix tree root
 899  *      @results:       where the results of the lookup are placed
 900  *      @first_index:   start the lookup from this key
 901  *      @max_items:     place up to this many items at *results
 902  *
 903  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
 904  *      their slots at *@results and returns the number of items which were
 905  *      placed at *@results.
 906  *
 907  *      The implementation is naive.
 908  *
 909  *      Like radix_tree_gang_lookup as far as RCU and locking goes. Slots must
 910  *      be dereferenced with radix_tree_deref_slot, and if using only RCU
 911  *      protection, radix_tree_deref_slot may fail requiring a retry.
 912  */
 913 unsigned int
 914 radix_tree_gang_lookup_slot(struct radix_tree_root *root, void ***results,
 915                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
 916 {
 917         unsigned long max_index;
 918         struct radix_tree_node *node;
 919         unsigned long cur_index = first_index;
 920         unsigned int ret;
 921
 922         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
 923         if (!node)
 924                 return 0;
 925
 926         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 927                 if (first_index > 0)
 928                         return 0;
 929                 results[0] = (void **)&root->rnode;
 930                 return 1;
 931         }
 932         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 933
 934         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
 935
 936         ret = 0;
 937         while (ret < max_items) {
 938                 unsigned int slots_found;
 939                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
 940
 941                 if (cur_index > max_index)
 942                         break;
 943                 slots_found = __lookup(node, results + ret, cur_index,
 944                                         max_items - ret, &next_index);
 945                 ret += slots_found;
 946                 if (next_index == 0)
 947                         break;
 948                 cur_index = next_index;
 949         }
 950
 951         return ret;
 952 }
 953 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_slot);
 954
 955 /*
 956  * FIXME: the two tag_get()s here should use find_next_bit() instead of
 957  * open-coding the search.
 958  */
 959 static unsigned int
 960 __lookup_tag(struct radix_tree_node *slot, void ***results, unsigned long index,
 961         unsigned int max_items, unsigned long *next_index, unsigned int tag)
 962 {
 963         unsigned int nr_found = 0;
 964         unsigned int shift, height;
 965
 966         height = slot->height;
 967         if (height == 0)
 968                 goto out;
 969         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 970
 971         while (height > 0) {
 972                 unsigned long i = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK ;
 973
 974                 for (;;) {
 975                         if (tag_get(slot, tag, i))
 976                                 break;
 977                         index &= ~((1UL << shift) - 1);
 978                         index += 1UL << shift;
 979                         if (index == 0)
 980                                 goto out;       /* 32-bit wraparound */
 981                         i++;
 982                         if (i == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
 983                                 goto out;
 984                 }
 985                 height--;
 986                 if (height == 0) {      /* Bottom level: grab some items */
 987                         unsigned long j = index & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 988
 989                         for ( ; j < RADIX_TREE_MAP_SIZE; j++) {
 990                                 index++;
 991                                 if (!tag_get(slot, tag, j))
 992                                         continue;
 993                                 /*
 994                                  * Even though the tag was found set, we need to
 995                                  * recheck that we have a non-NULL node, because
 996                                  * if this lookup is lockless, it may have been
 997                                  * subsequently deleted.
 998                                  *
 999                                  * Similar care must be taken in any place that
1000                                  * lookup ->slots[x] without a lock (ie. can't
1001                                  * rely on its value remaining the same).
1002                                  */
1003                                 if (slot->slots[j]) {
1004                                         results[nr_found++] = &(slot->slots[j]);
1005                                         if (nr_found == max_items)
1006                                                 goto out;
1007                                 }
1008                         }
1009                 }
1010                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1011                 slot = rcu_dereference_raw(slot->slots[i]);
1012                 if (slot == NULL)
1013                         break;
1014         }
1015 out:
1016         *next_index = index;
1017         return nr_found;
1018 }
1019
1020 /**
1021  *      radix_tree_gang_lookup_tag - perform multiple lookup on a radix tree
1022  *                                   based on a tag
1023  *      @root:          radix tree root
1024  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1025  *      @first_index:   start the lookup from this key
1026  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1027  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1028  *
1029  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1030  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the items at *@results and
1031  *      returns the number of items which were placed at *@results.
1032  */
1033 unsigned int
1034 radix_tree_gang_lookup_tag(struct radix_tree_root *root, void **results,
1035                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
1036                 unsigned int tag)
1037 {
1038         struct radix_tree_node *node;
1039         unsigned long max_index;
1040         unsigned long cur_index = first_index;
1041         unsigned int ret;
1042
1043         /* check the root's tag bit */
1044         if (!root_tag_get(root, tag))
1045                 return 0;
1046
1047         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
1048         if (!node)
1049                 return 0;
1050
1051         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
1052                 if (first_index > 0)
1053                         return 0;
1054                 results[0] = node;
1055                 return 1;
1056         }
1057         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
1058
1059         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
1060
1061         ret = 0;
1062         while (ret < max_items) {
1063                 unsigned int nr_found, slots_found, i;
1064                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
1065
1066                 if (cur_index > max_index)
1067                         break;
1068                 slots_found = __lookup_tag(node, (void ***)results + ret,
1069                                 cur_index, max_items - ret, &next_index, tag);
1070                 nr_found = 0;
1071                 for (i = 0; i < slots_found; i++) {
1072                         struct radix_tree_node *slot;
1073                         slot = *(((void ***)results)[ret + i]);
1074                         if (!slot)
1075                                 continue;
1076                         results[ret + nr_found] = rcu_dereference_raw(slot);
1077                         nr_found++;
1078                 }
1079                 ret += nr_found;
1080                 if (next_index == 0)
1081                         break;
1082                 cur_index = next_index;
1083         }
1084
1085         return ret;
1086 }
1087 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag);
1088
1089 /**
1090  *      radix_tree_gang_lookup_tag_slot - perform multiple slot lookup on a
1091  *                                        radix tree based on a tag
1092  *      @root:          radix tree root
1093  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1094  *      @first_index:   start the lookup from this key
1095  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1096  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1097  *
1098  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1099  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the slots at *@results and
1100  *      returns the number of slots which were placed at *@results.
1101  */
1102 unsigned int
1103 radix_tree_gang_lookup_tag_slot(struct radix_tree_root *root, void ***results,
1104                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
1105                 unsigned int tag)
1106 {
1107         struct radix_tree_node *node;
1108         unsigned long max_index;
1109         unsigned long cur_index = first_index;
1110         unsigned int ret;
1111
1112         /* check the root's tag bit */
1113         if (!root_tag_get(root, tag))
1114                 return 0;
1115
1116         node = rcu_dereference_raw(root->rnode);
1117         if (!node)
1118                 return 0;
1119
1120         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
1121                 if (first_index > 0)
1122                         return 0;
1123                 results[0] = (void **)&root->rnode;
1124                 return 1;
1125         }
1126         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
1127
1128         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
1129
1130         ret = 0;
1131         while (ret < max_items) {
1132                 unsigned int slots_found;
1133                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
1134
1135                 if (cur_index > max_index)
1136                         break;
1137                 slots_found = __lookup_tag(node, results + ret,
1138                                 cur_index, max_items - ret, &next_index, tag);
1139                 ret += slots_found;
1140                 if (next_index == 0)
1141                         break;
1142                 cur_index = next_index;
1143         }
1144
1145         return ret;
1146 }
1147 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag_slot);
1148
1149
1150 /**
1151  *      radix_tree_shrink    -    shrink height of a radix tree to minimal
1152  *      @root           radix tree root
1153  */
1154 static inline void radix_tree_shrink(struct radix_tree_root *root)
1155 {
1156         /* try to shrink tree height */
1157         while (root->height > 0) {
1158                 struct radix_tree_node *to_free = root->rnode;
1159                 void *newptr;
1160
1161                 BUG_ON(!radix_tree_is_indirect_ptr(to_free));
1162                 to_free = radix_tree_indirect_to_ptr(to_free);
1163
1164                 /*
1165                  * The candidate node has more than one child, or its child
1166                  * is not at the leftmost slot, we cannot shrink.
1167                  */
1168                 if (to_free->count != 1)
1169                         break;
1170                 if (!to_free->slots[0])
1171                         break;
1172
1173                 /*
1174                  * We don't need rcu_assign_pointer(), since we are simply
1175                  * moving the node from one part of the tree to another. If
1176                  * it was safe to dereference the old pointer to it
1177                  * (to_free->slots[0]), it will be safe to dereference the new
1178                  * one (root->rnode).
1179                  */
1180                 newptr = to_free->slots[0];
1181                 if (root->height > 1)
1182                         newptr = radix_tree_ptr_to_indirect(newptr);
1183                 root->rnode = newptr;
1184                 root->height--;
1185                 radix_tree_node_free(to_free);
1186         }
1187 }
1188
1189 /**
1190  *      radix_tree_delete    -    delete an item from a radix tree
1191  *      @root:          radix tree root
1192  *      @index:         index key
1193  *
1194  *      Remove the item at @index from the radix tree rooted at @root.
1195  *
1196  *      Returns the address of the deleted item, or NULL if it was not present.
1197  */
1198 void *radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
1199 {
1200         /*
1201          * The radix tree path needs to be one longer than the maximum path
1202          * since the "list" is null terminated.
1203          */
1204         struct radix_tree_path path[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1], *pathp = path;
1205         struct radix_tree_node *slot = NULL;
1206         struct radix_tree_node *to_free;
1207         unsigned int height, shift;
1208         int tag;
1209         int offset;
1210
1211         height = root->height;
1212         if (index > radix_tree_maxindex(height))
1213                 goto out;
1214
1215         slot = root->rnode;
1216         if (height == 0) {
1217                 root_tag_clear_all(root);
1218                 root->rnode = NULL;
1219                 goto out;
1220         }
1221         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(slot);
1222
1223         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1224         pathp->node = NULL;
1225
1226         do {
1227                 if (slot == NULL)
1228                         goto out;
1229
1230                 pathp++;
1231                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
1232                 pathp->offset = offset;
1233                 pathp->node = slot;
1234                 slot = slot->slots[offset];
1235                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1236                 height--;
1237         } while (height > 0);
1238
1239         if (slot == NULL)
1240                 goto out;
1241
1242         /*
1243          * Clear all tags associated with the just-deleted item
1244          */
1245         for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
1246                 if (tag_get(pathp->node, tag, pathp->offset))
1247                         radix_tree_tag_clear(root, index, tag);
1248         }
1249
1250         to_free = NULL;
1251         /* Now free the nodes we do not need anymore */
1252         while (pathp->node) {
1253                 pathp->node->slots[pathp->offset] = NULL;
1254                 pathp->node->count--;
1255                 /*
1256                  * Queue the node for deferred freeing after the
1257                  * last reference to it disappears (set NULL, above).
1258                  */
1259                 if (to_free)
1260                         radix_tree_node_free(to_free);
1261
1262                 if (pathp->node->count) {
1263                         if (pathp->node ==
1264                                         radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode))
1265                                 radix_tree_shrink(root);
1266                         goto out;
1267                 }
1268
1269                 /* Node with zero slots in use so free it */
1270                 to_free = pathp->node;
1271                 pathp--;
1272
1273         }
1274         root_tag_clear_all(root);
1275         root->height = 0;
1276         root->rnode = NULL;
1277         if (to_free)
1278                 radix_tree_node_free(to_free);
1279
1280 out:
1281         return slot;
1282 }
1283 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete);
1284
1285 /**
1286  *      radix_tree_tagged - test whether any items in the tree are tagged
1287  *      @root:          radix tree root
1288  *      @tag:           tag to test
1289  */
1290 int radix_tree_tagged(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
1291 {
1292         return root_tag_get(root, tag);
1293 }
1294 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tagged);
1295
1296 static void
1297 radix_tree_node_ctor(void *node)
1298 {
1299         memset(node, 0, sizeof(struct radix_tree_node));
1300 }
1301
1302 static __init unsigned long __maxindex(unsigned int height)
1303 {
1304         unsigned int width = height * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1305         int shift = RADIX_TREE_INDEX_BITS - width;
1306
1307         if (shift < 0)
1308                 return ~0UL;
1309         if (shift >= BITS_PER_LONG)
1310                 return 0UL;
1311         return ~0UL >> shift;
1312 }
1313
1314 static __init void radix_tree_init_maxindex(void)
1315 {
1316         unsigned int i;
1317
1318         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(height_to_maxindex); i++)
1319                 height_to_maxindex[i] = __maxindex(i);
1320 }
1321
1322 static int radix_tree_callback(struct notifier_block *nfb,
1323                             unsigned long action,
1324                             void *hcpu)
1325 {
1326        int cpu = (long)hcpu;
1327        struct radix_tree_preload *rtp;
1328
1329        /* Free per-cpu pool of perloaded nodes */
1330        if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
1331                rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);
1332                while (rtp->nr) {
1333                        kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep,
1334                                        rtp->nodes[rtp->nr-1]);
1335                        rtp->nodes[rtp->nr-1] = NULL;
1336                        rtp->nr--;
1337                }
1338        }
1339        return NOTIFY_OK;
1340 }
1341
1342 void __init radix_tree_init(void)
1343 {
1344         radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",
1345                         sizeof(struct radix_tree_node), 0,
1346                         SLAB_PANIC | SLAB_RECLAIM_ACCOUNT,
1347                         radix_tree_node_ctor);
1348         radix_tree_init_maxindex();
1349         hotcpu_notifier(radix_tree_callback, 0);
1350 }