ida: implement idr based id allocator
authorTejun Heo <htejun@gmail.com>
Wed, 13 Jun 2007 18:45:13 +0000 (03:45 +0900)
committerGreg Kroah-Hartman <gregkh@suse.de>
Wed, 11 Jul 2007 23:09:03 +0000 (16:09 -0700)
Implement idr based id allocator.  ida is used the same way idr is
used but lacks id -> ptr translation and thus consumes much less
memory.  struct ida_bitmap is attached as leaf nodes to idr tree which
is managed by the idr code.  Each ida_bitmap is 128bytes long and
contains slightly less than a thousand slots.

ida is more aggressive with releasing extra resources acquired using
ida_pre_get().  After every successful id allocation, ida frees one
reserved idr_layer if possible.  Reserved ida_bitmap is not freed
automatically but only one ida_bitmap is reserved and it's almost
always used right away.  Under most circumstances, ida won't hold on
to memory for too long which isn't actively used.

Signed-off-by: Tejun Heo <htejun@gmail.com>
Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@suse.de>
include/linux/idr.h
lib/idr.c

index 8268034..915572f 100644 (file)
@@ -83,4 +83,33 @@ void idr_remove(struct idr *idp, int id);
 void idr_destroy(struct idr *idp);
 void idr_init(struct idr *idp);
 
+
+/*
+ * IDA - IDR based id allocator, use when translation from id to
+ * pointer isn't necessary.
+ */
+#define IDA_CHUNK_SIZE         128     /* 128 bytes per chunk */
+#define IDA_BITMAP_LONGS       (128 / sizeof(long) - 1)
+#define IDA_BITMAP_BITS                (IDA_BITMAP_LONGS * sizeof(long) * 8)
+
+struct ida_bitmap {
+       long                    nr_busy;
+       unsigned long           bitmap[IDA_BITMAP_LONGS];
+};
+
+struct ida {
+       struct idr              idr;
+       struct ida_bitmap       *free_bitmap;
+};
+
+#define IDA_INIT(name)         { .idr = IDR_INIT(name), .free_bitmap = NULL, }
+#define DEFINE_IDA(name)       struct ida name = IDA_INIT(name)
+
+int ida_pre_get(struct ida *ida, gfp_t gfp_mask);
+int ida_get_new_above(struct ida *ida, int starting_id, int *p_id);
+int ida_get_new(struct ida *ida, int *p_id);
+void ida_remove(struct ida *ida, int id);
+void ida_destroy(struct ida *ida);
+void ida_init(struct ida *ida);
+
 #endif /* __IDR_H__ */
index 30b33e2..b98f01a 100644 (file)
--- a/lib/idr.c
+++ b/lib/idr.c
@@ -506,3 +506,248 @@ void idr_init(struct idr *idp)
        spin_lock_init(&idp->lock);
 }
 EXPORT_SYMBOL(idr_init);
+
+
+/*
+ * IDA - IDR based ID allocator
+ *
+ * this is id allocator without id -> pointer translation.  Memory
+ * usage is much lower than full blown idr because each id only
+ * occupies a bit.  ida uses a custom leaf node which contains
+ * IDA_BITMAP_BITS slots.
+ *
+ * 2007-04-25  written by Tejun Heo <htejun@gmail.com>
+ */
+
+static void free_bitmap(struct ida *ida, struct ida_bitmap *bitmap)
+{
+       unsigned long flags;
+
+       if (!ida->free_bitmap) {
+               spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
+               if (!ida->free_bitmap) {
+                       ida->free_bitmap = bitmap;
+                       bitmap = NULL;
+               }
+               spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
+       }
+
+       kfree(bitmap);
+}
+
+/**
+ * ida_pre_get - reserve resources for ida allocation
+ * @ida:       ida handle
+ * @gfp_mask:  memory allocation flag
+ *
+ * This function should be called prior to locking and calling the
+ * following function.  It preallocates enough memory to satisfy the
+ * worst possible allocation.
+ *
+ * If the system is REALLY out of memory this function returns 0,
+ * otherwise 1.
+ */
+int ida_pre_get(struct ida *ida, gfp_t gfp_mask)
+{
+       /* allocate idr_layers */
+       if (!idr_pre_get(&ida->idr, gfp_mask))
+               return 0;
+
+       /* allocate free_bitmap */
+       if (!ida->free_bitmap) {
+               struct ida_bitmap *bitmap;
+
+               bitmap = kmalloc(sizeof(struct ida_bitmap), gfp_mask);
+               if (!bitmap)
+                       return 0;
+
+               free_bitmap(ida, bitmap);
+       }
+
+       return 1;
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_pre_get);
+
+/**
+ * ida_get_new_above - allocate new ID above or equal to a start id
+ * @ida:       ida handle
+ * @staring_id:        id to start search at
+ * @p_id:      pointer to the allocated handle
+ *
+ * Allocate new ID above or equal to @ida.  It should be called with
+ * any required locks.
+ *
+ * If memory is required, it will return -EAGAIN, you should unlock
+ * and go back to the ida_pre_get() call.  If the ida is full, it will
+ * return -ENOSPC.
+ *
+ * @p_id returns a value in the range 0 ... 0x7fffffff.
+ */
+int ida_get_new_above(struct ida *ida, int starting_id, int *p_id)
+{
+       struct idr_layer *pa[MAX_LEVEL];
+       struct ida_bitmap *bitmap;
+       unsigned long flags;
+       int idr_id = starting_id / IDA_BITMAP_BITS;
+       int offset = starting_id % IDA_BITMAP_BITS;
+       int t, id;
+
+ restart:
+       /* get vacant slot */
+       t = idr_get_empty_slot(&ida->idr, idr_id, pa);
+       if (t < 0) {
+               if (t == -1)
+                       return -EAGAIN;
+               else /* will be -3 */
+                       return -ENOSPC;
+       }
+
+       if (t * IDA_BITMAP_BITS >= MAX_ID_BIT)
+               return -ENOSPC;
+
+       if (t != idr_id)
+               offset = 0;
+       idr_id = t;
+
+       /* if bitmap isn't there, create a new one */
+       bitmap = (void *)pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK];
+       if (!bitmap) {
+               spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
+               bitmap = ida->free_bitmap;
+               ida->free_bitmap = NULL;
+               spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
+
+               if (!bitmap)
+                       return -EAGAIN;
+
+               memset(bitmap, 0, sizeof(struct ida_bitmap));
+               pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK] = (void *)bitmap;
+               pa[0]->count++;
+       }
+
+       /* lookup for empty slot */
+       t = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS, offset);
+       if (t == IDA_BITMAP_BITS) {
+               /* no empty slot after offset, continue to the next chunk */
+               idr_id++;
+               offset = 0;
+               goto restart;
+       }
+
+       id = idr_id * IDA_BITMAP_BITS + t;
+       if (id >= MAX_ID_BIT)
+               return -ENOSPC;
+
+       __set_bit(t, bitmap->bitmap);
+       if (++bitmap->nr_busy == IDA_BITMAP_BITS)
+               idr_mark_full(pa, idr_id);
+
+       *p_id = id;
+
+       /* Each leaf node can handle nearly a thousand slots and the
+        * whole idea of ida is to have small memory foot print.
+        * Throw away extra resources one by one after each successful
+        * allocation.
+        */
+       if (ida->idr.id_free_cnt || ida->free_bitmap) {
+               struct idr_layer *p = alloc_layer(&ida->idr);
+               if (p)
+                       kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
+       }
+
+       return 0;
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_get_new_above);
+
+/**
+ * ida_get_new - allocate new ID
+ * @ida:       idr handle
+ * @p_id:      pointer to the allocated handle
+ *
+ * Allocate new ID.  It should be called with any required locks.
+ *
+ * If memory is required, it will return -EAGAIN, you should unlock
+ * and go back to the idr_pre_get() call.  If the idr is full, it will
+ * return -ENOSPC.
+ *
+ * @id returns a value in the range 0 ... 0x7fffffff.
+ */
+int ida_get_new(struct ida *ida, int *p_id)
+{
+       return ida_get_new_above(ida, 0, p_id);
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_get_new);
+
+/**
+ * ida_remove - remove the given ID
+ * @ida:       ida handle
+ * @id:                ID to free
+ */
+void ida_remove(struct ida *ida, int id)
+{
+       struct idr_layer *p = ida->idr.top;
+       int shift = (ida->idr.layers - 1) * IDR_BITS;
+       int idr_id = id / IDA_BITMAP_BITS;
+       int offset = id % IDA_BITMAP_BITS;
+       int n;
+       struct ida_bitmap *bitmap;
+
+       /* clear full bits while looking up the leaf idr_layer */
+       while ((shift > 0) && p) {
+               n = (idr_id >> shift) & IDR_MASK;
+               __clear_bit(n, &p->bitmap);
+               p = p->ary[n];
+               shift -= IDR_BITS;
+       }
+
+       if (p == NULL)
+               goto err;
+
+       n = idr_id & IDR_MASK;
+       __clear_bit(n, &p->bitmap);
+
+       bitmap = (void *)p->ary[n];
+       if (!test_bit(offset, bitmap->bitmap))
+               goto err;
+
+       /* update bitmap and remove it if empty */
+       __clear_bit(offset, bitmap->bitmap);
+       if (--bitmap->nr_busy == 0) {
+               __set_bit(n, &p->bitmap);       /* to please idr_remove() */
+               idr_remove(&ida->idr, idr_id);
+               free_bitmap(ida, bitmap);
+       }
+
+       return;
+
+ err:
+       printk(KERN_WARNING
+              "ida_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_remove);
+
+/**
+ * ida_destroy - release all cached layers within an ida tree
+ * ida:                ida handle
+ */
+void ida_destroy(struct ida *ida)
+{
+       idr_destroy(&ida->idr);
+       kfree(ida->free_bitmap);
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_destroy);
+
+/**
+ * ida_init - initialize ida handle
+ * @ida:       ida handle
+ *
+ * This function is use to set up the handle (@ida) that you will pass
+ * to the rest of the functions.
+ */
+void ida_init(struct ida *ida)
+{
+       memset(ida, 0, sizeof(struct ida));
+       idr_init(&ida->idr);
+
+}
+EXPORT_SYMBOL(ida_init);