RCU judy array: implement node get functions
[urcu.git] / rcuja / rcuja.c
index 012b8747747909801087ef24cff5cdc257a19ab0..8d3bfd70ea64ecaf9264f380adb9a14ccc8d35ac 100644 (file)
  */
 
 #include <stdint.h>
+#include <limits.h>
 #include <urcu/rcuja.h>
+#include <urcu/compiler.h>
+#include <urcu/arch.h>
+#include <assert.h>
 #include "rcuja-internal.h"
+#include "bitfield.h"
 
-enum rcu_ja_child_type {
+enum rcu_ja_type_class {
        RCU_JA_LINEAR = 0,      /* Type A */
                        /* 32-bit: 1 to 12 children, 8 to 64 bytes */
                        /* 64-bit: 1 to 14 children, 16 to 128 bytes */
@@ -37,42 +42,67 @@ enum rcu_ja_child_type {
        /* Leaf nodes are implicit from their height in the tree */
 };
 
-struct rcu_ja_type_select {
-       enum rcu_ja_child_type type;
-       uint16_t max_nr_child;  /* 1 to 256 */
-       uint16_t node_order;    /* node size is (1 << node_order), in bytes */
+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 order;         /* node size is (1 << order), in bytes */
 };
 
+/*
+ * 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_nr_child == 0 (this is the largest
+ * 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.
  */
-const struct rcu_ja_type_select ja_select_u32[] = {
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 1, .node_order = 3, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 3, .node_order = 4, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 6, .node_order = 5, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 12, .node_order = 6, },
 
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 24, .node_order = 7, },
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 56, .node_order = 8, },
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 120, .node_order = 9, },
+#if (CAA_BITS_PER_LONG < 64)
+/* 32-bit pointers */
+const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 1, .order = 3, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 3, .order = 4, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = 6, .order = 5, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 4, .max_child = 12, .order = 6, },
 
-       { .type = RCU_JA_PIGEON, .max_nr_child = 256, .node_order = 10, },
-};
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 10, .max_child = 24, .order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 20, .max_child = 56, .order = 8, },
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 46, .max_child = 120, .order = 9, },
 
-const struct rcu_ja_type_select ja_select_u64[] = {
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 1, .node_order = 4, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 3, .node_order = 5, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 7, .node_order = 6, },
-       { .type = RCU_JA_LINEAR, .max_nr_child = 14, .node_order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 100, .max_child = 256, .order = 10, },
+};
+CAA_BUILD_BUG_ON(CAA_ARRAY_SIZE(ja_types) > JA_TYPE_MAX_NR);
+#else /* !(CAA_BITS_PER_LONG < 64) */
+/* 64-bit pointers */
+const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 1, .order = 4, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 3, .order = 5, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = 7, .order = 6, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 5, .max_child = 14, .order = 7, },
 
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 28, .node_order = 8, },
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 60, .node_order = 9, },
-       { .type = RCU_JA_BITMAP, .max_nr_child = 124, .node_order = 10, },
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 10, .max_child = 28, .order = 8, },
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 22, .max_child = 60, .order = 9, },
+       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 49, .max_child = 124, .order = 10, },
 
-       { .type = RCU_JA_PIGEON, .max_nr_child = 256, .node_order = 11, },
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 102, .max_child = 256, .order = 11, },
 };
+CAA_BUILD_BUG_ON(CAA_ARRAY_SIZE(ja_types) > JA_TYPE_MAX_NR);
+#endif /* !(BITS_PER_LONG < 64) */
 
 /*
  * The rcu_ja_node starts with a byte counting the number of children in
@@ -85,9 +115,35 @@ struct rcu_ja_node {
        char data[];
 };
 
-struct rcu_ja_node *create_rcu_ja_node(struct rcu_ja_type_select *sel)
+/* Never declared. Opaque type used to store flagged node pointers. */
+struct rcu_ja_node_flag;
+
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_node_flag(struct rcu_ja_node *node, unsigned int type)
+{
+       assert(type < JA_TYPE_NR);
+       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 < JA_TYPE_NR);
+       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(struct rcu_ja_type *ja_type)
 {
-       return zmalloc(1 << sel->node_order);
+       return zmalloc(1 << ja_type->node_order);
 }
 
 void free_rcu_ja_node(struct rcu_ja_node *node)
@@ -95,5 +151,211 @@ void free_rcu_ja_node(struct rcu_ja_node *node)
        free(node);
 }
 
+/* The bitmap for 256 entries is always 32 bytes */
+#define CHAR_BIT_SHIFT 3UL
+#define CHAR_BIT_MASK  ((1UL << CHAR_BIT_SHIFT) - 1)
+#if (CHAR_BIT != (1UL << CHAR_BIT_SHIFT))
+#error "char size not supported."
+#endif
+
+#define ULONG_BIT_MASK (CAA_BITS_PER_LONG - 1)
+
+#define JA_BITMAP_BITS JA_ENTRY_PER_NODE
+#define JA_BITMAP_LEN  (JA_BITMAP_BITS / CHAR_BIT)
+
+#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
+char *align_ptr_size(char *ptr)
+{
+       return JA_ALIGN(ptr, sizeof(ptr));
+}
+
+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);
+
+       nr_child = node->data[0];
+       cmm_smp_rmb();  /* read nr_child before values */
+       assert(nr_child <= type->max_child);
+       assert(nr_child >= type->min_child);
+
+       values = &node[1];
+       for (i = 0; i < nr_child; i++) {
+               if (values[i] == n)
+                       break;
+       }
+       if (i >= nr_child)
+               return NULL;
+       cmm_smp_rmb();  /* read values before pointer */
+       pointers = align_ptr_size(&values[nr_child]);
+       ptr = pointers[i];
+       assert(ja_node_ptr(ptr) != NULL);
+       return ptr;
+}
+
+#if 0
+/*
+ * Count hweight. Expect most bits to be 0.  Algorithm from
+ * Wegner (1960): count those in n steps (n being the number of
+ * hot bits). Ref.: Wegner, Peter (1960), "A technique for
+ * counting ones in a binary computer", Communications of the
+ * ACM 3 (5): 322, doi:10.1145/367236.367286.
+ */
+static
+unsigned int ja_hweight_uchar(unsigned char value)
+{
+       unsigned int count = 0;
+
+       for (; value; count++)
+               value &= value - 1;
+       return count;
+}
+#endif //0
+
+#if (CAA_BITS_PER_LONG < 64)
+static
+unsigned int ja_hweight_ulong(unsigned long value)
+{
+       unsigned long r;
+
+       r = value;
+       r = r - ((r >> 1) & 0x55555555);
+       r = (r & 0x33333333) + ((r >> 2) & 0x33333333);
+       r += r >> 4;
+       r &= 0x0F0F0F0F;
+       r += r >> 8;
+       r += r >> 16;
+       r &= 0x000000FF;
+       return r;
+}
+#else /* !(CAA_BITS_PER_LONG < 64) */
+static
+unsigned int ja_hweight_ulong(unsigned long value)
+{
+       unsigned long r;
+
+       r = value;
+       r = r - ((r >> 1) & 0x5555555555555555UL);
+       r = (r & 0x3333333333333333UL) + ((r >> 2) & 0x3333333333333333UL);
+       r += r >> 4;
+       r &= 0x0F0F0F0F0F0F0F0FUL;
+       r += r >> 8;
+       r += r >> 16;
+       r += r >> 32;
+       r &= 0x00000000000000FFUL;
+       return r;
+}
+#endif /* !(BITS_PER_LONG < 64) */
+
+static
+struct rcu_ja_node_flag *ja_bitmap_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+                                       struct rcu_ja_node *node,
+                                       uint8_t n)
+{
+       uint8_t *bitmap;
+       uint8_t byte_nr;
+       struct rcu_ja_node_flag *pointers;
+       struct rcu_ja_node_flag *ptr;
+       unsigned int count;
+
+       assert(type->type_class == RCU_JA_BITMAP);
 
+       bitmap = &node->data[0];
+       /*
+        * Check if n is hot in the bitmap. If yes, count the hweight
+        * prior to n, including n, to get the pointer index.
+        * The bitmap goes from least significant (0) to most
+        * significant (255) as bytes increase.
+        */
+       byte_nr = n >> CHAR_BIT_SHIFT;
+       if (bitmap[byte_nr] & (1U << (n & CHAR_BIT_MASK))) {
+               uint8_t byte_iter;
+               unsigned long v;
+
+               count = 0;
+               /* Count entire ulong prior to the one containing n */
+               for (byte_iter = 0; byte_iter < JA_FLOOR(byte_nr, sizeof(unsigned long));
+                               byte_iter += sizeof(unsigned long)) {
+                       v = *((unsigned long *) &bitmap[byte_iter]);
+                       count += ja_hweight_ulong(v);
+               }
+               /*
+                * Read only the bits prior to and including n within
+                * the ulong containing n. ja_bitfield_read_le goes from
+                * less significant to most significant as bytes
+                * increase.
+                */
+               ja_bitfield_read_le(
+                       (unsigned long *) &bitmap[JA_FLOOR(byte_nr, sizeof(unsigned long))],
+                       unsigned long, 0, (n & ULONG_BIT_MASK) + 1,
+                       &v);
+               count += ja_hweight_ulong(v);
+       } else {
+               return NULL;
+       }
+
+       assert(count <= type->max_child);
+       assert(count >= type->min_child);
+
+       cmm_smp_rmb();  /* read bitmap before pointers */
+       pointers = &bitmap[JA_BITMAP_LEN];
+       ptr = pointers[count - 1];
+       assert(ja_node_ptr(ptr) != NULL);
+       return ptr;
+}
+
+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 ((struct rcu_ja_node_flag *) node->data)[n];
+}
+
+/* ja_node_get_nth: get nth item from a node */
+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_flag = rcu_dereference(node_flag);
+       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_BITMAP:
+               return ja_bitmap_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;
+       }
+}
+
+/*
+ * ja_node_set_nth: set nth item within a node. asserts that it is not
+ * there yet.
+ */
 
This page took 0.026667 seconds and 4 git commands to generate.