rcuja: add shadow nodes hash table
[userspace-rcu.git] / rcuja / rcuja.c
index 6dcd9c63d5f87b154ff96e03787364b5badf8612..4b90aa62b7ffb56f5e7659c21df4b4bdc234d643 100644 (file)
  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  */
 
+#define _LGPL_SOURCE
+#include <stdint.h>
+#include <errno.h>
+#include <limits.h>
 #include <urcu/rcuja.h>
+#include <urcu/compiler.h>
+#include <urcu/arch.h>
+#include <assert.h>
+#include <urcu-pointer.h>
+
 #include "rcuja-internal.h"
+#include "bitfield.h"
+
+enum rcu_ja_type_class {
+       RCU_JA_LINEAR = 0,      /* Type A */
+                       /* 32-bit: 1 to 25 children, 8 to 128 bytes */
+                       /* 64-bit: 1 to 28 children, 16 to 256 bytes */
+       RCU_JA_POOL = 1,        /* Type B */
+                       /* 32-bit: 26 to 100 children, 256 to 512 bytes */
+                       /* 64-bit: 29 to 112 children, 512 to 1024 bytes */
+       RCU_JA_PIGEON = 2,      /* Type C */
+                       /* 32-bit: 101 to 256 children, 1024 bytes */
+                       /* 64-bit: 113 to 256 children, 2048 bytes */
+       /* Leaf nodes are implicit from their height in the tree */
+       RCU_JA_NR_TYPES,
+};
+
+struct rcu_ja_type {
+       enum rcu_ja_type_class type_class;
+       uint16_t min_child;             /* minimum number of children: 1 to 256 */
+       uint16_t max_child;             /* maximum number of children: 1 to 256 */
+       uint16_t max_linear_child;      /* per-pool max nr. children: 1 to 256 */
+       uint16_t order;                 /* node size is (1 << order), in bytes */
+       uint16_t nr_pool_order;         /* number of pools */
+       uint16_t pool_size_order;       /* pool size */
+};
+
+/*
+ * Number of least significant pointer bits reserved to represent the
+ * child type.
+ */
+#define JA_TYPE_BITS   3
+#define JA_TYPE_MAX_NR (1U << JA_TYPE_BITS)
+#define JA_TYPE_MASK   (JA_TYPE_MAX_NR - 1)
+#define JA_PTR_MASK    (~JA_TYPE_MASK)
+
+#define JA_ENTRY_PER_NODE      256UL
+
+/*
+ * Iteration on the array to find the right node size for the number of
+ * children stops when it reaches .max_child == 256 (this is the largest
+ * possible node size, which contains 256 children).
+ * The min_child overlaps with the previous max_child to provide an
+ * hysteresis loop to reallocation for patterns of cyclic add/removal
+ * within the same node.
+ * The node the index within the following arrays is represented on 3
+ * bits. It identifies the node type, min/max number of children, and
+ * the size order.
+ * The max_child values for the RCU_JA_POOL below result from
+ * statistical approximation: over million populations, the max_child
+ * covers between 97% and 99% of the populations generated. Therefore, a
+ * fallback should exist to cover the rare extreme population unbalance
+ * cases, but it will not have a major impact on speed nor space
+ * consumption, since those are rare cases.
+ */
+
+#if (CAA_BITS_PER_LONG < 64)
+/* 32-bit pointers */
+enum {
+       ja_type_0_max_child = 1,
+       ja_type_1_max_child = 3,
+       ja_type_2_max_child = 6,
+       ja_type_3_max_child = 12,
+       ja_type_4_max_child = 25,
+       ja_type_5_max_child = 48,
+       ja_type_6_max_child = 92,
+       ja_type_7_max_child = 256,
+};
+
+enum {
+       ja_type_0_max_linear_child = 1,
+       ja_type_1_max_linear_child = 3,
+       ja_type_2_max_linear_child = 6,
+       ja_type_3_max_linear_child = 12,
+       ja_type_4_max_linear_child = 25,
+       ja_type_5_max_linear_child = 24,
+       ja_type_6_max_linear_child = 23,
+};
+
+enum {
+       ja_type_5_nr_pool_order = 1,
+       ja_type_6_nr_pool_order = 2,
+};
+
+const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = ja_type_0_max_child, .max_linear_child = ja_type_0_max_linear_child, .order = 3, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = ja_type_1_max_child, .max_linear_child = ja_type_1_max_linear_child, .order = 4, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = ja_type_2_max_child, .max_linear_child = ja_type_2_max_linear_child, .order = 5, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 4, .max_child = ja_type_3_max_child, .max_linear_child = ja_type_3_max_linear_child, .order = 6, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 10, .max_child = ja_type_4_max_child, .max_linear_child = ja_type_4_max_linear_child, .order = 7, },
+
+       /* Pools may fill sooner than max_child */
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 20, .max_child = ja_type_5_max_child, .max_linear_child = ja_type_5_max_linear_child, .order = 8, .nr_pool_order = ja_type_5_nr_pool_order, .pool_size_order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 45, .max_child = ja_type_6_max_child, .max_linear_child = ja_type_6_max_linear_child, .order = 9, .nr_pool_order = ja_type_6_nr_pool_order, .pool_size_order = 7, },
+
+       /*
+        * TODO: Upon node removal below min_child, if child pool is
+        * filled beyond capacity, we need to roll back to pigeon.
+        */
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 89, .max_child = ja_type_7_max_child, .order = 10, },
+};
+#else /* !(CAA_BITS_PER_LONG < 64) */
+/* 64-bit pointers */
+enum {
+       ja_type_0_max_child = 1,
+       ja_type_1_max_child = 3,
+       ja_type_2_max_child = 7,
+       ja_type_3_max_child = 14,
+       ja_type_4_max_child = 28,
+       ja_type_5_max_child = 54,
+       ja_type_6_max_child = 104,
+       ja_type_7_max_child = 256,
+};
+
+enum {
+       ja_type_0_max_linear_child = 1,
+       ja_type_1_max_linear_child = 3,
+       ja_type_2_max_linear_child = 7,
+       ja_type_3_max_linear_child = 14,
+       ja_type_4_max_linear_child = 28,
+       ja_type_5_max_linear_child = 27,
+       ja_type_6_max_linear_child = 26,
+};
+
+enum {
+       ja_type_5_nr_pool_order = 1,
+       ja_type_6_nr_pool_order = 2,
+};
+
+const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = ja_type_0_max_child, .max_linear_child = ja_type_0_max_linear_child, .order = 4, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = ja_type_1_max_child, .max_linear_child = ja_type_1_max_linear_child, .order = 5, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = ja_type_2_max_child, .max_linear_child = ja_type_2_max_linear_child, .order = 6, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 5, .max_child = ja_type_3_max_child, .max_linear_child = ja_type_3_max_linear_child, .order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 10, .max_child = ja_type_4_max_child, .max_linear_child = ja_type_4_max_linear_child, .order = 8, },
+
+       /* Pools may fill sooner than max_child. */
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 22, .max_child = ja_type_5_max_child, .max_linear_child = ja_type_5_max_linear_child, .order = 9, .nr_pool_order = ja_type_5_nr_pool_order, .pool_size_order = 8, },
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 51, .max_child = ja_type_6_max_child, .max_linear_child = ja_type_6_max_linear_child, .order = 10, .nr_pool_order = ja_type_6_nr_pool_order, .pool_size_order = 8, },
+
+       /*
+        * TODO: Upon node removal below min_child, if child pool is
+        * filled beyond capacity, we need to roll back to pigeon.
+        */
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 101, .max_child = ja_type_7_max_child, .order = 11, },
+};
+#endif /* !(BITS_PER_LONG < 64) */
+
+static inline __attribute__((unused))
+void static_array_size_check(void)
+{
+       CAA_BUILD_BUG_ON(CAA_ARRAY_SIZE(ja_types) > JA_TYPE_MAX_NR);
+}
+
+/*
+ * The rcu_ja_node contains the compressed node data needed for
+ * read-side. For linear and pool node configurations, it starts with a
+ * byte counting the number of children in the node.  Then, the
+ * node-specific data is placed.
+ * The node mutex, if any is needed, protecting concurrent updated of
+ * each node is placed in a separate hash table indexed by node address.
+ * For the pigeon configuration, the number of children is also kept in
+ * a separate hash table, indexed by node address, because it is only
+ * required for updates.
+ */
+
+#define DECLARE_LINEAR_NODE(index)                                                             \
+       struct {                                                                                \
+               uint8_t nr_child;                                                               \
+               uint8_t child_value[ja_type_## index ##_max_linear_child];                      \
+               struct rcu_ja_node_flag *child_ptr[ja_type_## index ##_max_linear_child];       \
+       }
+
+#define DECLARE_POOL_NODE(index)                                                               \
+       struct {                                                                                \
+               struct {                                                                        \
+                       uint8_t nr_child;                                                       \
+                       uint8_t child_value[ja_type_## index ##_max_linear_child];              \
+                       struct rcu_ja_node_flag *child_ptr[ja_type_## index ##_max_linear_child]; \
+               } linear[1U << ja_type_## index ##_nr_pool_order];                              \
+       }
+
+struct rcu_ja_node {
+       union {
+               /* Linear configuration */
+               DECLARE_LINEAR_NODE(0) conf_0;
+               DECLARE_LINEAR_NODE(1) conf_1;
+               DECLARE_LINEAR_NODE(2) conf_2;
+               DECLARE_LINEAR_NODE(3) conf_3;
+               DECLARE_LINEAR_NODE(4) conf_4;
+
+               /* Pool configuration */
+               DECLARE_POOL_NODE(5) conf_5;
+               DECLARE_POOL_NODE(6) conf_6;
+
+               /* Pigeon configuration */
+               struct {
+                       struct rcu_ja_node_flag *child[ja_type_7_max_child];
+               } conf_7;
+               /* data aliasing nodes for computed accesses */
+               uint8_t data[sizeof(struct rcu_ja_node_flag *) * ja_type_7_max_child];
+       } u;
+};
+
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_node_flag(struct rcu_ja_node *node,
+               unsigned int type)
+{
+       assert(type < RCU_JA_NR_TYPES);
+       return (struct rcu_ja_node_flag *) (((unsigned long) node) | type);
+}
+
+static
+unsigned int ja_node_type(struct rcu_ja_node_flag *node)
+{
+       unsigned int type;
+
+       type = (unsigned int) ((unsigned long) node & JA_TYPE_MASK);
+       assert(type < RCU_JA_NR_TYPES);
+       return type;
+}
+
+static
+struct rcu_ja_node *ja_node_ptr(struct rcu_ja_node_flag *node)
+{
+       return (struct rcu_ja_node *) (((unsigned long) node) | JA_PTR_MASK);
+}
+
+struct rcu_ja_node *alloc_rcu_ja_node(const struct rcu_ja_type *ja_type)
+{
+       return calloc(1U << ja_type->order, sizeof(char));
+}
+
+void free_rcu_ja_node(struct rcu_ja_node *node)
+{
+       free(node);
+}
+
+#define __JA_ALIGN_MASK(v, mask)       (((v) + (mask)) & ~(mask))
+#define JA_ALIGN(v, align)             __JA_ALIGN_MASK(v, (typeof(v)) (align) - 1)
+#define __JA_FLOOR_MASK(v, mask)       ((v) & ~(mask))
+#define JA_FLOOR(v, align)             __JA_FLOOR_MASK(v, (typeof(v)) (align) - 1)
+
+static
+uint8_t *align_ptr_size(uint8_t *ptr)
+{
+       return (uint8_t *) JA_ALIGN((unsigned long) ptr, sizeof(void *));
+}
+
+/*
+ * The order in which values and pointers are does does not matter: if
+ * a value is missing, we return NULL. If a value is there, but its
+ * associated pointers is still NULL, we return NULL too.
+ */
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_linear_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n)
+{
+       uint8_t nr_child;
+       uint8_t *values;
+       struct rcu_ja_node_flag **pointers;
+       struct rcu_ja_node_flag *ptr;
+       unsigned int i;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_LINEAR || type->type_class == RCU_JA_POOL);
+
+       nr_child = CMM_LOAD_SHARED(node->u.data[0]);
+       cmm_smp_rmb();  /* read nr_child before values and pointers */
+       assert(nr_child <= type->max_linear_child);
+       assert(type->type_class != RCU_JA_LINEAR || nr_child >= type->min_child);
+
+       values = &node->u.data[1];
+       for (i = 0; i < nr_child; i++) {
+               if (CMM_LOAD_SHARED(values[i]) == n)
+                       break;
+       }
+       if (i >= nr_child)
+               return NULL;
+       pointers = (struct rcu_ja_node_flag **) align_ptr_size(&values[type->max_linear_child]);
+       ptr = rcu_dereference(pointers[i]);
+       assert(ja_node_ptr(ptr) != NULL);
+       return ptr;
+}
+
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_pool_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n)
+{
+       struct rcu_ja_node *linear;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_POOL);
+       linear = (struct rcu_ja_node *)
+               &node->u.data[((unsigned long) n >> (CHAR_BIT - type->nr_pool_order)) << type->pool_size_order];
+       return ja_linear_node_get_nth(type, linear, n);
+}
+
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_pigeon_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n)
+{
+       assert(type->type_class == RCU_JA_PIGEON);
+       return rcu_dereference(((struct rcu_ja_node_flag **) node->u.data)[n]);
+}
+
+/*
+ * ja_node_get_nth: get nth item from a node.
+ * node_flag is already rcu_dereference'd.
+ */
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_node_get_nth(struct rcu_ja_node_flag *node_flag,
+               uint8_t n)
+{
+       unsigned int type_index;
+       struct rcu_ja_node *node;
+       const struct rcu_ja_type *type;
+
+       node = ja_node_ptr(node_flag);
+       assert(node != NULL);
+       type_index = ja_node_type(node_flag);
+       type = &ja_types[type_index];
+
+       switch (type->type_class) {
+       case RCU_JA_LINEAR:
+               return ja_linear_node_get_nth(type, node, n);
+       case RCU_JA_POOL:
+               return ja_pool_node_get_nth(type, node, n);
+       case RCU_JA_PIGEON:
+               return ja_pigeon_node_get_nth(type, node, n);
+       default:
+               assert(0);
+               return (void *) -1UL;
+       }
+}
+
+static
+int ja_linear_node_set_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+{
+       uint8_t nr_child;
+       uint8_t *values, *nr_child_ptr;
+       struct rcu_ja_node_flag **pointers;
+       unsigned int i;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_LINEAR || type->type_class == RCU_JA_POOL);
+
+       nr_child_ptr = &node->u.data[0];
+       nr_child = *nr_child_ptr;
+       assert(nr_child <= type->max_linear_child);
+       assert(type->type_class != RCU_JA_LINEAR || nr_child >= type->min_child);
+
+       values = &node->u.data[1];
+       for (i = 0; i < nr_child; i++) {
+               if (values[i] == n)
+                       return -EEXIST;
+       }
+       if (nr_child >= type->max_linear_child) {
+               /* No space left in this node type */
+               return -ENOSPC;
+       }
+       pointers = (struct rcu_ja_node_flag **) align_ptr_size(&values[type->max_linear_child]);
+       assert(pointers[nr_child] == NULL);
+       rcu_assign_pointer(pointers[nr_child], child_node_flag);
+       CMM_STORE_SHARED(values[nr_child], n);
+       cmm_smp_wmb();  /* write value and pointer before nr_child */
+       CMM_STORE_SHARED(*nr_child_ptr, nr_child + 1);
+       return 0;
+}
+
+static
+int ja_pool_node_set_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+{
+       struct rcu_ja_node *linear;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_POOL);
+       linear = (struct rcu_ja_node *)
+               &node->u.data[((unsigned long) n >> (CHAR_BIT - type->nr_pool_order)) << type->pool_size_order];
+       return ja_linear_node_set_nth(type, linear, n, child_node_flag);
+}
+
+static
+int ja_pigeon_node_set_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+               struct rcu_ja_node *node,
+               uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+{
+       struct rcu_ja_node_flag **ptr;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_PIGEON);
+       ptr = &((struct rcu_ja_node_flag **) node->u.data)[n];
+       if (*ptr != NULL)
+               return -EEXIST;
+       rcu_assign_pointer(*ptr, child_node_flag);
+       return 0;
+}
+
+/*
+ * _ja_node_set_nth: set nth item within a node. Return an error
+ * (negative error value) if it is already there.
+ * TODO: exclusive access on node.
+ */
+static
+int _ja_node_set_nth(struct rcu_ja_node_flag *node_flag, uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+{
+       unsigned int type_index;
+       struct rcu_ja_node *node;
+       const struct rcu_ja_type *type;
+
+       node = ja_node_ptr(node_flag);
+       assert(node != NULL);
+       type_index = ja_node_type(node_flag);
+       type = &ja_types[type_index];
+
+       switch (type->type_class) {
+       case RCU_JA_LINEAR:
+               return ja_linear_node_set_nth(type, node, n,
+                               child_node_flag);
+       case RCU_JA_POOL:
+               return ja_pool_node_set_nth(type, node, n,
+                               child_node_flag);
+       case RCU_JA_PIGEON:
+               return ja_pigeon_node_set_nth(type, node, n,
+                               child_node_flag);
+       default:
+               assert(0);
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       return 0;
+}
+
+/*
+ * ja_node_recompact_add: recompact a node, adding a new child.
+ */
+static
+int ja_node_recompact_add(struct rcu_ja_node_flag **old_node_flag, uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+
+{
+       unsigned int old_type_index, new_type_index;
+       struct rcu_ja_node *old_node, *new_node;
+       const struct rcu_ja_type *old_type, *new_type;
+       struct rcu_ja_node_flag *new_node_flag;
+       unsigned int i;
+       int ret;
+
+       old_node = ja_node_ptr(*old_node_flag);
+       if (old_node == NULL) {
+               new_type_index = 0;
+       } else {
+               old_type_index = ja_node_type(*old_node_flag);
+               old_type = &ja_types[old_type_index];
+               new_type_index = old_type_index + 1;
+       }
+       new_type = &ja_types[new_type_index];
+       new_node = alloc_rcu_ja_node(new_type);
+       if (!new_node)
+               return -ENOMEM;
+       new_node_flag = ja_node_flag(new_node, new_type_index);
+
+       for (i = 0; i < old_type->max_child; i++) {
+               struct rcu_ja_node_flag *iter;
+
+               iter = ja_node_get_nth(*old_node_flag, i);
+               if (!iter)
+                       continue;
+               ret = _ja_node_set_nth(new_node_flag, i, iter);
+               assert(!ret);
+       }
+       /* add node */
+       ret = _ja_node_set_nth(new_node_flag, n, child_node_flag);
+       assert(!ret);
+       /* Replace the old node with the new recompacted one */
+       rcu_assign_pointer(*old_node_flag, new_node_flag);
+       /* TODO: free old_node (call_rcu) */
+       return 0;
+}
+
+static
+int ja_node_set_nth(struct rcu_ja_node_flag **node_flag, uint8_t n,
+               struct rcu_ja_node_flag *child_node_flag)
+{
+       int ret;
 
+       ret = _ja_node_set_nth(*node_flag, n, child_node_flag);
+       if (ret == -ENOSPC) {
+               /* Not enough space in node, need to recompact */
+               ret = ja_node_recompact_add(node_flag, n,
+                               child_node_flag);
+               if (ret < 0)
+                       return ret;
+       }
+       return ret;
+}
This page took 0.026943 seconds and 4 git commands to generate.