git.oblomov.eu Git - linux-2.6/blob - mm/slob.c

   1 /*
   2  * SLOB Allocator: Simple List Of Blocks
   3  *
   4  * Matt Mackall <mpm@selenic.com> 12/30/03
   5  *
   6  * NUMA support by Paul Mundt, 2007.
   7  *
   8  * How SLOB works:
   9  *
  10  * The core of SLOB is a traditional K&R style heap allocator, with
  11  * support for returning aligned objects. The granularity of this
  12  * allocator is as little as 2 bytes, however typically most architectures
  13  * will require 4 bytes on 32-bit and 8 bytes on 64-bit.
  14  *
  15  * The slob heap is a set of linked list of pages from alloc_pages(),
  16  * and within each page, there is a singly-linked list of free blocks
  17  * (slob_t). The heap is grown on demand. To reduce fragmentation,
  18  * heap pages are segregated into three lists, with objects less than
  19  * 256 bytes, objects less than 1024 bytes, and all other objects.
  20  *
  21  * Allocation from heap involves first searching for a page with
  22  * sufficient free blocks (using a next-fit-like approach) followed by
  23  * a first-fit scan of the page. Deallocation inserts objects back
  24  * into the free list in address order, so this is effectively an
  25  * address-ordered first fit.
  26  *
  27  * Above this is an implementation of kmalloc/kfree. Blocks returned
  28  * from kmalloc are prepended with a 4-byte header with the kmalloc size.
  29  * If kmalloc is asked for objects of PAGE_SIZE or larger, it calls
  30  * alloc_pages() directly, allocating compound pages so the page order
  31  * does not have to be separately tracked, and also stores the exact
  32  * allocation size in page->private so that it can be used to accurately
  33  * provide ksize(). These objects are detected in kfree() because slob_page()
  34  * is false for them.
  35  *
  36  * SLAB is emulated on top of SLOB by simply calling constructors and
  37  * destructors for every SLAB allocation. Objects are returned with the
  38  * 4-byte alignment unless the SLAB_HWCACHE_ALIGN flag is set, in which
  39  * case the low-level allocator will fragment blocks to create the proper
  40  * alignment. Again, objects of page-size or greater are allocated by
  41  * calling alloc_pages(). As SLAB objects know their size, no separate
  42  * size bookkeeping is necessary and there is essentially no allocation
  43  * space overhead, and compound pages aren't needed for multi-page
  44  * allocations.
  45  *
  46  * NUMA support in SLOB is fairly simplistic, pushing most of the real
  47  * logic down to the page allocator, and simply doing the node accounting
  48  * on the upper levels. In the event that a node id is explicitly
  49  * provided, alloc_pages_node() with the specified node id is used
  50  * instead. The common case (or when the node id isn't explicitly provided)
  51  * will default to the current node, as per numa_node_id().
  52  *
  53  * Node aware pages are still inserted in to the global freelist, and
  54  * these are scanned for by matching against the node id encoded in the
  55  * page flags. As a result, block allocations that can be satisfied from
  56  * the freelist will only be done so on pages residing on the same node,
  57  * in order to prevent random node placement.
  58  */
  59
  60 #include <linux/kernel.h>
  61 #include <linux/slab.h>
  62 #include <linux/mm.h>
  63 #include <linux/cache.h>
  64 #include <linux/init.h>
  65 #include <linux/module.h>
  66 #include <linux/rcupdate.h>
  67 #include <linux/list.h>
  68 #include <trace/kmemtrace.h>
  69 #include <asm/atomic.h>
  70
  71 /*
  72  * slob_block has a field 'units', which indicates size of block if +ve,
  73  * or offset of next block if -ve (in SLOB_UNITs).
  74  *
  75  * Free blocks of size 1 unit simply contain the offset of the next block.
  76  * Those with larger size contain their size in the first SLOB_UNIT of
  77  * memory, and the offset of the next free block in the second SLOB_UNIT.
  78  */
  79 #if PAGE_SIZE <= (32767 * 2)
  80 typedef s16 slobidx_t;
  81 #else
  82 typedef s32 slobidx_t;
  83 #endif
  84
  85 struct slob_block {
  86         slobidx_t units;
  87 };
  88 typedef struct slob_block slob_t;
  89
  90 /*
  91  * We use struct page fields to manage some slob allocation aspects,
  92  * however to avoid the horrible mess in include/linux/mm_types.h, we'll
  93  * just define our own struct page type variant here.
  94  */
  95 struct slob_page {
  96         union {
  97                 struct {
  98                         unsigned long flags;    /* mandatory */
  99                         atomic_t _count;        /* mandatory */
 100                         slobidx_t units;        /* free units left in page */
 101                         unsigned long pad[2];
 102                         slob_t *free;           /* first free slob_t in page */
 103                         struct list_head list;  /* linked list of free pages */
 104                 };
 105                 struct page page;
 106         };
 107 };
 108 static inline void struct_slob_page_wrong_size(void)
 109 { BUILD_BUG_ON(sizeof(struct slob_page) != sizeof(struct page)); }
 110
 111 /*
 112  * free_slob_page: call before a slob_page is returned to the page allocator.
 113  */
 114 static inline void free_slob_page(struct slob_page *sp)
 115 {
 116         reset_page_mapcount(&sp->page);
 117         sp->page.mapping = NULL;
 118 }
 119
 120 /*
 121  * All partially free slob pages go on these lists.
 122  */
 123 #define SLOB_BREAK1 256
 124 #define SLOB_BREAK2 1024
 125 static LIST_HEAD(free_slob_small);
 126 static LIST_HEAD(free_slob_medium);
 127 static LIST_HEAD(free_slob_large);
 128
 129 /*
 130  * slob_page: True for all slob pages (false for bigblock pages)
 131  */
 132 static inline int slob_page(struct slob_page *sp)
 133 {
 134         return PageSlobPage((struct page *)sp);
 135 }
 136
 137 static inline void set_slob_page(struct slob_page *sp)
 138 {
 139         __SetPageSlobPage((struct page *)sp);
 140 }
 141
 142 static inline void clear_slob_page(struct slob_page *sp)
 143 {
 144         __ClearPageSlobPage((struct page *)sp);
 145 }
 146
 147 /*
 148  * slob_page_free: true for pages on free_slob_pages list.
 149  */
 150 static inline int slob_page_free(struct slob_page *sp)
 151 {
 152         return PageSlobFree((struct page *)sp);
 153 }
 154
 155 static void set_slob_page_free(struct slob_page *sp, struct list_head *list)
 156 {
 157         list_add(&sp->list, list);
 158         __SetPageSlobFree((struct page *)sp);
 159 }
 160
 161 static inline void clear_slob_page_free(struct slob_page *sp)
 162 {
 163         list_del(&sp->list);
 164         __ClearPageSlobFree((struct page *)sp);
 165 }
 166
 167 #define SLOB_UNIT sizeof(slob_t)
 168 #define SLOB_UNITS(size) (((size) + SLOB_UNIT - 1)/SLOB_UNIT)
 169 #define SLOB_ALIGN L1_CACHE_BYTES
 170
 171 /*
 172  * struct slob_rcu is inserted at the tail of allocated slob blocks, which
 173  * were created with a SLAB_DESTROY_BY_RCU slab. slob_rcu is used to free
 174  * the block using call_rcu.
 175  */
 176 struct slob_rcu {
 177         struct rcu_head head;
 178         int size;
 179 };
 180
 181 /*
 182  * slob_lock protects all slob allocator structures.
 183  */
 184 static DEFINE_SPINLOCK(slob_lock);
 185
 186 /*
 187  * Encode the given size and next info into a free slob block s.
 188  */
 189 static void set_slob(slob_t *s, slobidx_t size, slob_t *next)
 190 {
 191         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
 192         slobidx_t offset = next - base;
 193
 194         if (size > 1) {
 195                 s[0].units = size;
 196                 s[1].units = offset;
 197         } else
 198                 s[0].units = -offset;
 199 }
 200
 201 /*
 202  * Return the size of a slob block.
 203  */
 204 static slobidx_t slob_units(slob_t *s)
 205 {
 206         if (s->units > 0)
 207                 return s->units;
 208         return 1;
 209 }
 210
 211 /*
 212  * Return the next free slob block pointer after this one.
 213  */
 214 static slob_t *slob_next(slob_t *s)
 215 {
 216         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
 217         slobidx_t next;
 218
 219         if (s[0].units < 0)
 220                 next = -s[0].units;
 221         else
 222                 next = s[1].units;
 223         return base+next;
 224 }
 225
 226 /*
 227  * Returns true if s is the last free block in its page.
 228  */
 229 static int slob_last(slob_t *s)
 230 {
 231         return !((unsigned long)slob_next(s) & ~PAGE_MASK);
 232 }
 233
 234 static void *slob_new_page(gfp_t gfp, int order, int node)
 235 {
 236         void *page;
 237
 238 #ifdef CONFIG_NUMA
 239         if (node != -1)
 240                 page = alloc_pages_node(node, gfp, order);
 241         else
 242 #endif
 243                 page = alloc_pages(gfp, order);
 244
 245         if (!page)
 246                 return NULL;
 247
 248         return page_address(page);
 249 }
 250
 251 /*
 252  * Allocate a slob block within a given slob_page sp.
 253  */
 254 static void *slob_page_alloc(struct slob_page *sp, size_t size, int align)
 255 {
 256         slob_t *prev, *cur, *aligned = 0;
 257         int delta = 0, units = SLOB_UNITS(size);
 258
 259         for (prev = NULL, cur = sp->free; ; prev = cur, cur = slob_next(cur)) {
 260                 slobidx_t avail = slob_units(cur);
 261
 262                 if (align) {
 263                         aligned = (slob_t *)ALIGN((unsigned long)cur, align);
 264                         delta = aligned - cur;
 265                 }
 266                 if (avail >= units + delta) { /* room enough? */
 267                         slob_t *next;
 268
 269                         if (delta) { /* need to fragment head to align? */
 270                                 next = slob_next(cur);
 271                                 set_slob(aligned, avail - delta, next);
 272                                 set_slob(cur, delta, aligned);
 273                                 prev = cur;
 274                                 cur = aligned;
 275                                 avail = slob_units(cur);
 276                         }
 277
 278                         next = slob_next(cur);
 279                         if (avail == units) { /* exact fit? unlink. */
 280                                 if (prev)
 281                                         set_slob(prev, slob_units(prev), next);
 282                                 else
 283                                         sp->free = next;
 284                         } else { /* fragment */
 285                                 if (prev)
 286                                         set_slob(prev, slob_units(prev), cur + units);
 287                                 else
 288                                         sp->free = cur + units;
 289                                 set_slob(cur + units, avail - units, next);
 290                         }
 291
 292                         sp->units -= units;
 293                         if (!sp->units)
 294                                 clear_slob_page_free(sp);
 295                         return cur;
 296                 }
 297                 if (slob_last(cur))
 298                         return NULL;
 299         }
 300 }
 301
 302 /*
 303  * slob_alloc: entry point into the slob allocator.
 304  */
 305 static void *slob_alloc(size_t size, gfp_t gfp, int align, int node)
 306 {
 307         struct slob_page *sp;
 308         struct list_head *prev;
 309         struct list_head *slob_list;
 310         slob_t *b = NULL;
 311         unsigned long flags;
 312
 313         if (size < SLOB_BREAK1)
 314                 slob_list = &free_slob_small;
 315         else if (size < SLOB_BREAK2)
 316                 slob_list = &free_slob_medium;
 317         else
 318                 slob_list = &free_slob_large;
 319
 320         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
 321         /* Iterate through each partially free page, try to find room */
 322         list_for_each_entry(sp, slob_list, list) {
 323 #ifdef CONFIG_NUMA
 324                 /*
 325                  * If there's a node specification, search for a partial
 326                  * page with a matching node id in the freelist.
 327                  */
 328                 if (node != -1 && page_to_nid(&sp->page) != node)
 329                         continue;
 330 #endif
 331                 /* Enough room on this page? */
 332                 if (sp->units < SLOB_UNITS(size))
 333                         continue;
 334
 335                 /* Attempt to alloc */
 336                 prev = sp->list.prev;
 337                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
 338                 if (!b)
 339                         continue;
 340
 341                 /* Improve fragment distribution and reduce our average
 342                  * search time by starting our next search here. (see
 343                  * Knuth vol 1, sec 2.5, pg 449) */
 344                 if (prev != slob_list->prev &&
 345                                 slob_list->next != prev->next)
 346                         list_move_tail(slob_list, prev->next);
 347                 break;
 348         }
 349         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
 350
 351         /* Not enough space: must allocate a new page */
 352         if (!b) {
 353                 b = slob_new_page(gfp & ~__GFP_ZERO, 0, node);
 354                 if (!b)
 355                         return 0;
 356                 sp = (struct slob_page *)virt_to_page(b);
 357                 set_slob_page(sp);
 358
 359                 spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
 360                 sp->units = SLOB_UNITS(PAGE_SIZE);
 361                 sp->free = b;
 362                 INIT_LIST_HEAD(&sp->list);
 363                 set_slob(b, SLOB_UNITS(PAGE_SIZE), b + SLOB_UNITS(PAGE_SIZE));
 364                 set_slob_page_free(sp, slob_list);
 365                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
 366                 BUG_ON(!b);
 367                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
 368         }
 369         if (unlikely((gfp & __GFP_ZERO) && b))
 370                 memset(b, 0, size);
 371         return b;
 372 }
 373
 374 /*
 375  * slob_free: entry point into the slob allocator.
 376  */
 377 static void slob_free(void *block, int size)
 378 {
 379         struct slob_page *sp;
 380         slob_t *prev, *next, *b = (slob_t *)block;
 381         slobidx_t units;
 382         unsigned long flags;
 383
 384         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
 385                 return;
 386         BUG_ON(!size);
 387
 388         sp = (struct slob_page *)virt_to_page(block);
 389         units = SLOB_UNITS(size);
 390
 391         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
 392
 393         if (sp->units + units == SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) {
 394                 /* Go directly to page allocator. Do not pass slob allocator */
 395                 if (slob_page_free(sp))
 396                         clear_slob_page_free(sp);
 397                 clear_slob_page(sp);
 398                 free_slob_page(sp);
 399                 free_page((unsigned long)b);
 400                 goto out;
 401         }
 402
 403         if (!slob_page_free(sp)) {
 404                 /* This slob page is about to become partially free. Easy! */
 405                 sp->units = units;
 406                 sp->free = b;
 407                 set_slob(b, units,
 408                         (void *)((unsigned long)(b +
 409                                         SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) & PAGE_MASK));
 410                 set_slob_page_free(sp, &free_slob_small);
 411                 goto out;
 412         }
 413
 414         /*
 415          * Otherwise the page is already partially free, so find reinsertion
 416          * point.
 417          */
 418         sp->units += units;
 419
 420         if (b < sp->free) {
 421                 if (b + units == sp->free) {
 422                         units += slob_units(sp->free);
 423                         sp->free = slob_next(sp->free);
 424                 }
 425                 set_slob(b, units, sp->free);
 426                 sp->free = b;
 427         } else {
 428                 prev = sp->free;
 429                 next = slob_next(prev);
 430                 while (b > next) {
 431                         prev = next;
 432                         next = slob_next(prev);
 433                 }
 434
 435                 if (!slob_last(prev) && b + units == next) {
 436                         units += slob_units(next);
 437                         set_slob(b, units, slob_next(next));
 438                 } else
 439                         set_slob(b, units, next);
 440
 441                 if (prev + slob_units(prev) == b) {
 442                         units = slob_units(b) + slob_units(prev);
 443                         set_slob(prev, units, slob_next(b));
 444                 } else
 445                         set_slob(prev, slob_units(prev), b);
 446         }
 447 out:
 448         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
 449 }
 450
 451 /*
 452  * End of slob allocator proper. Begin kmem_cache_alloc and kmalloc frontend.
 453  */
 454
 455 #ifndef ARCH_KMALLOC_MINALIGN
 456 #define ARCH_KMALLOC_MINALIGN __alignof__(unsigned long)
 457 #endif
 458
 459 #ifndef ARCH_SLAB_MINALIGN
 460 #define ARCH_SLAB_MINALIGN __alignof__(unsigned long)
 461 #endif
 462
 463 void *__kmalloc_node(size_t size, gfp_t gfp, int node)
 464 {
 465         unsigned int *m;
 466         int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
 467         void *ret;
 468
 469         lockdep_trace_alloc(flags);
 470
 471         if (size < PAGE_SIZE - align) {
 472                 if (!size)
 473                         return ZERO_SIZE_PTR;
 474
 475                 m = slob_alloc(size + align, gfp, align, node);
 476
 477                 if (!m)
 478                         return NULL;
 479                 *m = size;
 480                 ret = (void *)m + align;
 481
 482                 kmemtrace_mark_alloc_node(KMEMTRACE_TYPE_KMALLOC,
 483                                           _RET_IP_, ret,
 484                                           size, size + align, gfp, node);
 485         } else {
 486                 unsigned int order = get_order(size);
 487
 488                 ret = slob_new_page(gfp | __GFP_COMP, order, node);
 489                 if (ret) {
 490                         struct page *page;
 491                         page = virt_to_page(ret);
 492                         page->private = size;
 493                 }
 494
 495                 kmemtrace_mark_alloc_node(KMEMTRACE_TYPE_KMALLOC,
 496                                           _RET_IP_, ret,
 497                                           size, PAGE_SIZE << order, gfp, node);
 498         }
 499
 500         return ret;
 501 }
 502 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc_node);
 503
 504 void kfree(const void *block)
 505 {
 506         struct slob_page *sp;
 507
 508         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
 509                 return;
 510
 511         sp = (struct slob_page *)virt_to_page(block);
 512         if (slob_page(sp)) {
 513                 int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
 514                 unsigned int *m = (unsigned int *)(block - align);
 515                 slob_free(m, *m + align);
 516         } else
 517                 put_page(&sp->page);
 518
 519         kmemtrace_mark_free(KMEMTRACE_TYPE_KMALLOC, _RET_IP_, block);
 520 }
 521 EXPORT_SYMBOL(kfree);
 522
 523 /* can't use ksize for kmem_cache_alloc memory, only kmalloc */
 524 size_t ksize(const void *block)
 525 {
 526         struct slob_page *sp;
 527
 528         BUG_ON(!block);
 529         if (unlikely(block == ZERO_SIZE_PTR))
 530                 return 0;
 531
 532         sp = (struct slob_page *)virt_to_page(block);
 533         if (slob_page(sp)) {
 534                 int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
 535                 unsigned int *m = (unsigned int *)(block - align);
 536                 return SLOB_UNITS(*m) * SLOB_UNIT;
 537         } else
 538                 return sp->page.private;
 539 }
 540 EXPORT_SYMBOL(ksize);
 541
 542 struct kmem_cache {
 543         unsigned int size, align;
 544         unsigned long flags;
 545         const char *name;
 546         void (*ctor)(void *);
 547 };
 548
 549 struct kmem_cache *kmem_cache_create(const char *name, size_t size,
 550         size_t align, unsigned long flags, void (*ctor)(void *))
 551 {
 552         struct kmem_cache *c;
 553
 554         c = slob_alloc(sizeof(struct kmem_cache),
 555                 GFP_KERNEL, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, -1);
 556
 557         if (c) {
 558                 c->name = name;
 559                 c->size = size;
 560                 if (flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU) {
 561                         /* leave room for rcu footer at the end of object */
 562                         c->size += sizeof(struct slob_rcu);
 563                 }
 564                 c->flags = flags;
 565                 c->ctor = ctor;
 566                 /* ignore alignment unless it's forced */
 567                 c->align = (flags & SLAB_HWCACHE_ALIGN) ? SLOB_ALIGN : 0;
 568                 if (c->align < ARCH_SLAB_MINALIGN)
 569                         c->align = ARCH_SLAB_MINALIGN;
 570                 if (c->align < align)
 571                         c->align = align;
 572         } else if (flags & SLAB_PANIC)
 573                 panic("Cannot create slab cache %s\n", name);
 574
 575         return c;
 576 }
 577 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_create);
 578
 579 void kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *c)
 580 {
 581         slob_free(c, sizeof(struct kmem_cache));
 582 }
 583 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_destroy);
 584
 585 void *kmem_cache_alloc_node(struct kmem_cache *c, gfp_t flags, int node)
 586 {
 587         void *b;
 588
 589         if (c->size < PAGE_SIZE) {
 590                 b = slob_alloc(c->size, flags, c->align, node);
 591                 kmemtrace_mark_alloc_node(KMEMTRACE_TYPE_CACHE,
 592                                           _RET_IP_, b, c->size,
 593                                           SLOB_UNITS(c->size) * SLOB_UNIT,
 594                                           flags, node);
 595         } else {
 596                 b = slob_new_page(flags, get_order(c->size), node);
 597                 kmemtrace_mark_alloc_node(KMEMTRACE_TYPE_CACHE,
 598                                           _RET_IP_, b, c->size,
 599                                           PAGE_SIZE << get_order(c->size),
 600                                           flags, node);
 601         }
 602
 603         if (c->ctor)
 604                 c->ctor(b);
 605
 606         return b;
 607 }
 608 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_node);
 609
 610 static void __kmem_cache_free(void *b, int size)
 611 {
 612         if (size < PAGE_SIZE)
 613                 slob_free(b, size);
 614         else
 615                 free_pages((unsigned long)b, get_order(size));
 616 }
 617
 618 static void kmem_rcu_free(struct rcu_head *head)
 619 {
 620         struct slob_rcu *slob_rcu = (struct slob_rcu *)head;
 621         void *b = (void *)slob_rcu - (slob_rcu->size - sizeof(struct slob_rcu));
 622
 623         __kmem_cache_free(b, slob_rcu->size);
 624 }
 625
 626 void kmem_cache_free(struct kmem_cache *c, void *b)
 627 {
 628         if (unlikely(c->flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU)) {
 629                 struct slob_rcu *slob_rcu;
 630                 slob_rcu = b + (c->size - sizeof(struct slob_rcu));
 631                 INIT_RCU_HEAD(&slob_rcu->head);
 632                 slob_rcu->size = c->size;
 633                 call_rcu(&slob_rcu->head, kmem_rcu_free);
 634         } else {
 635                 __kmem_cache_free(b, c->size);
 636         }
 637
 638         kmemtrace_mark_free(KMEMTRACE_TYPE_CACHE, _RET_IP_, b);
 639 }
 640 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free);
 641
 642 unsigned int kmem_cache_size(struct kmem_cache *c)
 643 {
 644         return c->size;
 645 }
 646 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_size);
 647
 648 const char *kmem_cache_name(struct kmem_cache *c)
 649 {
 650         return c->name;
 651 }
 652 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_name);
 653
 654 int kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *d)
 655 {
 656         return 0;
 657 }
 658 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_shrink);
 659
 660 int kmem_ptr_validate(struct kmem_cache *a, const void *b)
 661 {
 662         return 0;
 663 }
 664
 665 static unsigned int slob_ready __read_mostly;
 666
 667 int slab_is_available(void)
 668 {
 669         return slob_ready;
 670 }
 671
 672 void __init kmem_cache_init(void)
 673 {
 674         slob_ready = 1;
 675 }