datapath: Backport flex_arrays.
authorJesse Gross <jesse@nicira.com>
Fri, 15 Jul 2011 16:59:06 +0000 (09:59 -0700)
committerJesse Gross <jesse@nicira.com>
Fri, 29 Jul 2011 00:13:03 +0000 (17:13 -0700)
flex_arrays didn't exist at all until 2.6.30, weren't exported to modules
until 2.6.38, and performed poorly until 3.0, so this backports the
functionality to older kernels.

Signed-off-by: Jesse Gross <jesse@nicira.com>
Acked-by: Ben Pfaff <blp@nicira.com>
datapath/linux/.gitignore
datapath/linux/Modules.mk
datapath/linux/compat/flex_array.c [new file with mode: 0644]
datapath/linux/compat/include/linux/flex_array.h [new file with mode: 0644]
datapath/linux/compat/include/linux/poison.h [new file with mode: 0644]

index d434175..0aee746 100644 (file)
@@ -14,6 +14,7 @@
 /datapath.c
 /dp_dev.c
 /dp_notify.c
+/flex_array.c
 /flow.c
 /genetlink-brcompat.c
 /genetlink-openvswitch.c
index a3fdc78..cb68010 100644 (file)
@@ -1,6 +1,7 @@
 openvswitch_sources += \
        linux/compat/addrconf_core-openvswitch.c \
        linux/compat/dev-openvswitch.c \
+       linux/compat/flex_array.c \
        linux/compat/genetlink-openvswitch.c \
        linux/compat/ip_output-openvswitch.c \
        linux/compat/kmemdup.c \
@@ -16,6 +17,7 @@ openvswitch_headers += \
        linux/compat/include/linux/cpumask.h \
        linux/compat/include/linux/dmi.h \
        linux/compat/include/linux/err.h \
+       linux/compat/include/linux/flex_array.h \
        linux/compat/include/linux/genetlink.h \
        linux/compat/include/linux/icmp.h \
        linux/compat/include/linux/icmpv6.h \
@@ -37,6 +39,7 @@ openvswitch_headers += \
        linux/compat/include/linux/netfilter_bridge.h \
        linux/compat/include/linux/netfilter_ipv4.h \
        linux/compat/include/linux/netlink.h \
+       linux/compat/include/linux/poison.h \
        linux/compat/include/linux/rculist.h \
        linux/compat/include/linux/rcupdate.h \
        linux/compat/include/linux/reciprocal_div.h \
diff --git a/datapath/linux/compat/flex_array.c b/datapath/linux/compat/flex_array.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3b96b8e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,390 @@
+#include <linux/version.h>
+
+#if LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(3,0,0)
+
+/*
+ * Flexible array managed in PAGE_SIZE parts
+ *
+ * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
+ * (at your option) any later version.
+ *
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with this program; if not, write to the Free Software
+ * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
+ *
+ * Copyright IBM Corporation, 2009
+ *
+ * Author: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
+ */
+
+#include <linux/flex_array.h>
+#include <linux/slab.h>
+#include <linux/stddef.h>
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/reciprocal_div.h>
+
+struct flex_array_part {
+       char elements[FLEX_ARRAY_PART_SIZE];
+};
+
+/*
+ * If a user requests an allocation which is small
+ * enough, we may simply use the space in the
+ * flex_array->parts[] array to store the user
+ * data.
+ */
+static inline int elements_fit_in_base(struct flex_array *fa)
+{
+       int data_size = fa->element_size * fa->total_nr_elements;
+       if (data_size <= FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT)
+               return 1;
+       return 0;
+}
+
+/**
+ * flex_array_alloc - allocate a new flexible array
+ * @element_size:      the size of individual elements in the array
+ * @total:             total number of elements that this should hold
+ * @flags:             page allocation flags to use for base array
+ *
+ * Note: all locking must be provided by the caller.
+ *
+ * @total is used to size internal structures.  If the user ever
+ * accesses any array indexes >=@total, it will produce errors.
+ *
+ * The maximum number of elements is defined as: the number of
+ * elements that can be stored in a page times the number of
+ * page pointers that we can fit in the base structure or (using
+ * integer math):
+ *
+ *     (PAGE_SIZE/element_size) * (PAGE_SIZE-8)/sizeof(void *)
+ *
+ * Here's a table showing example capacities.  Note that the maximum
+ * index that the get/put() functions is just nr_objects-1.   This
+ * basically means that you get 4MB of storage on 32-bit and 2MB on
+ * 64-bit.
+ *
+ *
+ * Element size | Objects | Objects |
+ * PAGE_SIZE=4k |  32-bit |  64-bit |
+ * ---------------------------------|
+ *      1 bytes | 4177920 | 2088960 |
+ *      2 bytes | 2088960 | 1044480 |
+ *      3 bytes | 1392300 |  696150 |
+ *      4 bytes | 1044480 |  522240 |
+ *     32 bytes |  130560 |   65408 |
+ *     33 bytes |  126480 |   63240 |
+ *   2048 bytes |    2040 |    1020 |
+ *   2049 bytes |    1020 |     510 |
+ *       void * | 1044480 |  261120 |
+ *
+ * Since 64-bit pointers are twice the size, we lose half the
+ * capacity in the base structure.  Also note that no effort is made
+ * to efficiently pack objects across page boundaries.
+ */
+struct flex_array *flex_array_alloc(int element_size, unsigned int total,
+                                       gfp_t flags)
+{
+       struct flex_array *ret;
+       int elems_per_part = 0;
+       int reciprocal_elems = 0;
+       int max_size = 0;
+
+       if (element_size) {
+               elems_per_part = FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(element_size);
+               reciprocal_elems = reciprocal_value(elems_per_part);
+               max_size = FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS * elems_per_part;
+       }
+
+       /* max_size will end up 0 if element_size > PAGE_SIZE */
+       if (total > max_size)
+               return NULL;
+       ret = kzalloc(sizeof(struct flex_array), flags);
+       if (!ret)
+               return NULL;
+       ret->element_size = element_size;
+       ret->total_nr_elements = total;
+       ret->elems_per_part = elems_per_part;
+       ret->reciprocal_elems = reciprocal_elems;
+       if (elements_fit_in_base(ret) && !(flags & __GFP_ZERO))
+               memset(&ret->parts[0], FLEX_ARRAY_FREE,
+                                               FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT);
+       return ret;
+}
+
+static int fa_element_to_part_nr(struct flex_array *fa,
+                                       unsigned int element_nr)
+{
+       return reciprocal_divide(element_nr, fa->reciprocal_elems);
+}
+
+/**
+ * flex_array_free_parts - just free the second-level pages
+ * @fa:                the flex array from which to free parts
+ *
+ * This is to be used in cases where the base 'struct flex_array'
+ * has been statically allocated and should not be free.
+ */
+void flex_array_free_parts(struct flex_array *fa)
+{
+       int part_nr;
+
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               return;
+       for (part_nr = 0; part_nr < FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS; part_nr++)
+               kfree(fa->parts[part_nr]);
+}
+
+void flex_array_free(struct flex_array *fa)
+{
+       flex_array_free_parts(fa);
+       kfree(fa);
+}
+
+static unsigned int index_inside_part(struct flex_array *fa,
+                                       unsigned int element_nr,
+                                       unsigned int part_nr)
+{
+       unsigned int part_offset;
+
+       part_offset = element_nr - part_nr * fa->elems_per_part;
+       return part_offset * fa->element_size;
+}
+
+static struct flex_array_part *
+__fa_get_part(struct flex_array *fa, int part_nr, gfp_t flags)
+{
+       struct flex_array_part *part = fa->parts[part_nr];
+       if (!part) {
+               part = kmalloc(sizeof(struct flex_array_part), flags);
+               if (!part)
+                       return NULL;
+               if (!(flags & __GFP_ZERO))
+                       memset(part, FLEX_ARRAY_FREE,
+                               sizeof(struct flex_array_part));
+               fa->parts[part_nr] = part;
+       }
+       return part;
+}
+
+/**
+ * flex_array_put - copy data into the array at @element_nr
+ * @fa:                the flex array to copy data into
+ * @element_nr:        index of the position in which to insert
+ *             the new element.
+ * @src:       address of data to copy into the array
+ * @flags:     page allocation flags to use for array expansion
+ *
+ *
+ * Note that this *copies* the contents of @src into
+ * the array.  If you are trying to store an array of
+ * pointers, make sure to pass in &ptr instead of ptr.
+ * You may instead wish to use the flex_array_put_ptr()
+ * helper function.
+ *
+ * Locking must be provided by the caller.
+ */
+int flex_array_put(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr, void *src,
+                       gfp_t flags)
+{
+       int part_nr = 0;
+       struct flex_array_part *part;
+       void *dst;
+
+       if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
+               return -ENOSPC;
+       if (!fa->element_size)
+               return 0;
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
+       else {
+               part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
+               part = __fa_get_part(fa, part_nr, flags);
+               if (!part)
+                       return -ENOMEM;
+       }
+       dst = &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr, part_nr)];
+       memcpy(dst, src, fa->element_size);
+       return 0;
+}
+
+/**
+ * flex_array_clear - clear element in array at @element_nr
+ * @fa:                the flex array of the element.
+ * @element_nr:        index of the position to clear.
+ *
+ * Locking must be provided by the caller.
+ */
+int flex_array_clear(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
+{
+       int part_nr = 0;
+       struct flex_array_part *part;
+       void *dst;
+
+       if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
+               return -ENOSPC;
+       if (!fa->element_size)
+               return 0;
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
+       else {
+               part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
+               part = fa->parts[part_nr];
+               if (!part)
+                       return -EINVAL;
+       }
+       dst = &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr, part_nr)];
+       memset(dst, FLEX_ARRAY_FREE, fa->element_size);
+       return 0;
+}
+
+/**
+ * flex_array_prealloc - guarantee that array space exists
+ * @fa:                        the flex array for which to preallocate parts
+ * @start:             index of first array element for which space is allocated
+ * @nr_elements:       number of elements for which space is allocated
+ * @flags:             page allocation flags
+ *
+ * This will guarantee that no future calls to flex_array_put()
+ * will allocate memory.  It can be used if you are expecting to
+ * be holding a lock or in some atomic context while writing
+ * data into the array.
+ *
+ * Locking must be provided by the caller.
+ */
+int flex_array_prealloc(struct flex_array *fa, unsigned int start,
+                       unsigned int nr_elements, gfp_t flags)
+{
+       int start_part;
+       int end_part;
+       int part_nr;
+       unsigned int end;
+       struct flex_array_part *part;
+
+       if (!start && !nr_elements)
+               return 0;
+       if (start >= fa->total_nr_elements)
+               return -ENOSPC;
+       if (!nr_elements)
+               return 0;
+
+       end = start + nr_elements - 1;
+
+       if (end >= fa->total_nr_elements)
+               return -ENOSPC;
+       if (!fa->element_size)
+               return 0;
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               return 0;
+       start_part = fa_element_to_part_nr(fa, start);
+       end_part = fa_element_to_part_nr(fa, end);
+       for (part_nr = start_part; part_nr <= end_part; part_nr++) {
+               part = __fa_get_part(fa, part_nr, flags);
+               if (!part)
+                       return -ENOMEM;
+       }
+       return 0;
+}
+
+/**
+ * flex_array_get - pull data back out of the array
+ * @fa:                the flex array from which to extract data
+ * @element_nr:        index of the element to fetch from the array
+ *
+ * Returns a pointer to the data at index @element_nr.  Note
+ * that this is a copy of the data that was passed in.  If you
+ * are using this to store pointers, you'll get back &ptr.  You
+ * may instead wish to use the flex_array_get_ptr helper.
+ *
+ * Locking must be provided by the caller.
+ */
+void *flex_array_get(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
+{
+       int part_nr = 0;
+       struct flex_array_part *part;
+
+       if (!fa->element_size)
+               return NULL;
+       if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
+               return NULL;
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
+       else {
+               part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
+               part = fa->parts[part_nr];
+               if (!part)
+                       return NULL;
+       }
+       return &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr, part_nr)];
+}
+
+/**
+ * flex_array_get_ptr - pull a ptr back out of the array
+ * @fa:                the flex array from which to extract data
+ * @element_nr:        index of the element to fetch from the array
+ *
+ * Returns the pointer placed in the flex array at element_nr using
+ * flex_array_put_ptr().  This function should not be called if the
+ * element in question was not set using the _put_ptr() helper.
+ */
+void *flex_array_get_ptr(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
+{
+       void **tmp;
+
+       tmp = flex_array_get(fa, element_nr);
+       if (!tmp)
+               return NULL;
+
+       return *tmp;
+}
+
+static int part_is_free(struct flex_array_part *part)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < sizeof(struct flex_array_part); i++)
+               if (part->elements[i] != FLEX_ARRAY_FREE)
+                       return 0;
+       return 1;
+}
+
+/**
+ * flex_array_shrink - free unused second-level pages
+ * @fa:                the flex array to shrink
+ *
+ * Frees all second-level pages that consist solely of unused
+ * elements.  Returns the number of pages freed.
+ *
+ * Locking must be provided by the caller.
+ */
+int flex_array_shrink(struct flex_array *fa)
+{
+       struct flex_array_part *part;
+       int part_nr;
+       int ret = 0;
+
+       if (!fa->total_nr_elements || !fa->element_size)
+               return 0;
+       if (elements_fit_in_base(fa))
+               return ret;
+       for (part_nr = 0; part_nr < FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS; part_nr++) {
+               part = fa->parts[part_nr];
+               if (!part)
+                       continue;
+               if (part_is_free(part)) {
+                       fa->parts[part_nr] = NULL;
+                       kfree(part);
+                       ret++;
+               }
+       }
+       return ret;
+}
+
+#endif /* Linux version < 3.0.0 */
diff --git a/datapath/linux/compat/include/linux/flex_array.h b/datapath/linux/compat/include/linux/flex_array.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1cc6648
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,86 @@
+#ifndef __LINUX_FLEX_ARRAY_WRAPPER_H
+#define __LINUX_FLEX_ARRAY_WRAPPER_H
+
+#include <linux/version.h>
+#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,0,0)
+#include_next <linux/flex_array.h>
+#else
+
+#include <linux/types.h>
+#include <asm/page.h>
+
+#define FLEX_ARRAY_PART_SIZE PAGE_SIZE
+#define FLEX_ARRAY_BASE_SIZE PAGE_SIZE
+
+struct flex_array_part;
+
+/*
+ * This is meant to replace cases where an array-like
+ * structure has gotten too big to fit into kmalloc()
+ * and the developer is getting tempted to use
+ * vmalloc().
+ */
+
+struct flex_array {
+       union {
+               struct {
+                       int element_size;
+                       int total_nr_elements;
+                       int elems_per_part;
+                       u32 reciprocal_elems;
+                       struct flex_array_part *parts[];
+               };
+               /*
+                * This little trick makes sure that
+                * sizeof(flex_array) == PAGE_SIZE
+                */
+               char padding[FLEX_ARRAY_BASE_SIZE];
+       };
+};
+
+/* Number of bytes left in base struct flex_array, excluding metadata */
+#define FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT                                     \
+       (FLEX_ARRAY_BASE_SIZE - offsetof(struct flex_array, parts))
+
+/* Number of pointers in base to struct flex_array_part pages */
+#define FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS                                                \
+       (FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT / sizeof(struct flex_array_part *))
+
+/* Number of elements of size that fit in struct flex_array_part */
+#define FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(size)                             \
+       (FLEX_ARRAY_PART_SIZE / size)
+
+/*
+ * Defines a statically allocated flex array and ensures its parameters are
+ * valid.
+ */
+#define DEFINE_FLEX_ARRAY(__arrayname, __element_size, __total)                \
+       struct flex_array __arrayname = { { {                           \
+               .element_size = (__element_size),                       \
+               .total_nr_elements = (__total),                         \
+       } } };                                                          \
+       static inline void __arrayname##_invalid_parameter(void)        \
+       {                                                               \
+               BUILD_BUG_ON((__total) > FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS *      \
+                       FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(__element_size));  \
+       }
+
+struct flex_array *flex_array_alloc(int element_size, unsigned int total,
+               gfp_t flags);
+int flex_array_prealloc(struct flex_array *fa, unsigned int start,
+               unsigned int nr_elements, gfp_t flags);
+void flex_array_free(struct flex_array *fa);
+void flex_array_free_parts(struct flex_array *fa);
+int flex_array_put(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr, void *src,
+               gfp_t flags);
+int flex_array_clear(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr);
+void *flex_array_get(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr);
+int flex_array_shrink(struct flex_array *fa);
+
+#define flex_array_put_ptr(fa, nr, src, gfp) \
+       flex_array_put(fa, nr, (void *)&(src), gfp)
+
+void *flex_array_get_ptr(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr);
+
+#endif /* Linux version < 3.0.0 */
+#endif /* __LINUX_FLEX_ARRAY_WRAPPER_H */
diff --git a/datapath/linux/compat/include/linux/poison.h b/datapath/linux/compat/include/linux/poison.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..96e8620
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,11 @@
+#ifndef __LINUX_POISON_WRAPPER_H
+#define __LINUX_POISON_WRAPPER_H 1
+
+#include_next <linux/poison.h>
+
+#ifndef FLEX_ARRAY_FREE
+/********** lib/flex_array.c **********/
+#define FLEX_ARRAY_FREE 0x6c    /* for use-after-free poisoning */
+#endif
+
+#endif