qio: add a few block helpers
[akaros.git] / kern / src / ns / allocb.c
1 /* Copyright © 1994-1999 Lucent Technologies Inc.  All rights reserved.
2  * Portions Copyright © 1997-1999 Vita Nuova Limited
3  * Portions Copyright © 2000-2007 Vita Nuova Holdings Limited
4  *                                (www.vitanuova.com)
5  * Revisions Copyright © 2000-2007 Lucent Technologies Inc. and others
6  *
7  * Modified for the Akaros operating system:
8  * Copyright (c) 2013-2014 The Regents of the University of California
9  * Copyright (c) 2013-2015 Google Inc.
10  *
11  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
12  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
13  * in the Software without restriction, including without limitation the rights
14  * to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
15  * copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
16  * furnished to do so, subject to the following conditions:
17  *
18  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
19  * all copies or substantial portions of the Software.
20  *
21  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
22  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
23  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL THE
24  * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
25  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
26  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
27  * SOFTWARE. */
28
29 #include <slab.h>
30 #include <kmalloc.h>
31 #include <kref.h>
32 #include <string.h>
33 #include <stdio.h>
34 #include <assert.h>
35 #include <error.h>
36 #include <cpio.h>
37 #include <pmap.h>
38 #include <smp.h>
39 #include <net/ip.h>
40 #include <process.h>
41
42 /* Note that Hdrspc is only available via padblock (to the 'left' of the rp). */
43 enum {
44         Hdrspc = 128,           /* leave room for high-level headers */
45         Bdead = 0x51494F42,     /* "QIOB" */
46         BLOCKALIGN = 32,        /* was the old BY2V in inferno, which was 8 */
47 };
48
49 /*
50  *  allocate blocks (round data base address to 64 bit boundary).
51  *  if mallocz gives us more than we asked for, leave room at the front
52  *  for header.
53  */
54 struct block *block_alloc(size_t size, int mem_flags)
55 {
56         struct block *b;
57         uintptr_t addr;
58         int n;
59
60         /* If Hdrspc is not block aligned it will cause issues. */
61         static_assert(Hdrspc % BLOCKALIGN == 0);
62
63         b = kmalloc(sizeof(struct block) + size + Hdrspc + (BLOCKALIGN - 1),
64                                 mem_flags);
65         if (b == NULL)
66                 return NULL;
67
68         b->next = NULL;
69         b->list = NULL;
70         b->free = NULL;
71         b->flag = 0;
72         b->extra_len = 0;
73         b->nr_extra_bufs = 0;
74         b->extra_data = 0;
75         b->mss = 0;
76         b->network_offset = 0;
77         b->transport_offset = 0;
78
79         addr = (uintptr_t) b;
80         addr = ROUNDUP(addr + sizeof(struct block), BLOCKALIGN);
81         b->base = (uint8_t *) addr;
82         /* TODO: support this */
83         /* interesting. We can ask the allocator, after allocating,
84          * the *real* size of the block we got. Very nice.
85          * Not on akaros yet.
86          b->lim = ((uint8_t*)b) + msize(b);
87          * See use of n in commented code below
88          */
89         b->lim = ((uint8_t *) b) + sizeof(struct block) + size + Hdrspc +
90                 (BLOCKALIGN - 1);
91         b->rp = b->base;
92         /* TODO: support this */
93         /* n is supposed to be Hdrspc + rear padding + extra reserved memory,
94          * but since we don't currently support checking how much memory was
95          * actually reserved, this is always Hdrspc + rear padding. After
96          * rounding that down to BLOCKALIGN, it's always Hdrpsc since the
97          * padding is < BLOCKALIGN.
98          n = b->lim - b->base - size;
99          b->rp += n & ~(BLOCKALIGN - 1);
100          */
101         b->rp += Hdrspc;
102         b->wp = b->rp;
103         /* b->base is aligned, rounded up from b
104          * b->lim is the upper bound on our malloc
105          * b->rp is advanced by some aligned amount, based on how much extra we
106          * received from kmalloc and the Hdrspc. */
107         return b;
108 }
109
110 /* Makes sure b has nr_bufs extra_data.  Will grow, but not shrink, an existing
111  * extra_data array.  When growing, it'll copy over the old entries.  All new
112  * entries will be zeroed.  mem_flags determines if we'll block on kmallocs.
113  *
114  * Return 0 on success or -1 on error.
115  * Caller is responsible for concurrent access to the block's metadata. */
116 int block_add_extd(struct block *b, unsigned int nr_bufs, int mem_flags)
117 {
118         unsigned int old_nr_bufs = b->nr_extra_bufs;
119         size_t old_amt = sizeof(struct extra_bdata) * old_nr_bufs;
120         size_t new_amt = sizeof(struct extra_bdata) * nr_bufs;
121         void *new_bdata;
122
123         if (old_nr_bufs >= nr_bufs)
124                 return 0;
125         if (b->extra_data) {
126                 new_bdata = krealloc(b->extra_data, new_amt, mem_flags);
127                 if (!new_bdata)
128                         return -1;
129                 memset(new_bdata + old_amt, 0, new_amt - old_amt);
130         } else {
131                 new_bdata = kzmalloc(new_amt, mem_flags);
132                 if (!new_bdata)
133                         return - 1;
134         }
135         b->extra_data = new_bdata;
136         b->nr_extra_bufs = nr_bufs;
137         return 0;
138 }
139
140 /* Go backwards from the end of the list, remember the last unused slot, and
141  * stop when a used slot is encountered. */
142 static struct extra_bdata *next_unused_slot(struct block *b)
143 {
144         struct extra_bdata *ebd = NULL;
145
146         for (int i = b->nr_extra_bufs - 1; i >= 0; i--) {
147                 if (b->extra_data[i].base)
148                         break;
149                 ebd = &b->extra_data[i];
150         }
151         return ebd;
152 }
153
154 /* Append an extra data buffer @base with offset @off of length @len to block
155  * @b.  Reuse an unused extra data slot if there's any.
156  * Return 0 on success or -1 on error. */
157 int block_append_extra(struct block *b, uintptr_t base, uint32_t off,
158                        uint32_t len, int mem_flags)
159 {
160         unsigned int nr_bufs = b->nr_extra_bufs + 1;
161         struct extra_bdata *ebd;
162
163         ebd = next_unused_slot(b);
164         if (!ebd) {
165                 if (block_add_extd(b, nr_bufs, mem_flags) != 0)
166                         return -1;
167                 ebd = next_unused_slot(b);
168                 assert(ebd);
169         }
170         ebd->base = base;
171         ebd->off = off;
172         ebd->len = len;
173         b->extra_len += ebd->len;
174         return 0;
175 }
176
177 /* There's metadata in each block related to the data payload.  For instance,
178  * the TSO mss, the offsets to various headers, whether csums are needed, etc.
179  * When you create a new block, like in copyblock, this will copy those bits
180  * over. */
181 void block_copy_metadata(struct block *new_b, struct block *old_b)
182 {
183         new_b->flag |= (old_b->flag & BLOCK_META_FLAGS);
184         new_b->tx_csum_offset = old_b->tx_csum_offset;
185         new_b->mss = old_b->mss;
186         new_b->network_offset = old_b->network_offset;
187         new_b->transport_offset = old_b->transport_offset;
188 }
189
190 void block_reset_metadata(struct block *b)
191 {
192         b->flag &= ~BLOCK_META_FLAGS;
193         b->tx_csum_offset = 0;
194         b->mss = 0;
195         b->network_offset = 0;
196         b->transport_offset = 0;
197 }
198
199 /* Adds delta (which may be negative) to the block metadata offsets that are
200  * relative to b->rp. */
201 void block_add_to_offsets(struct block *b, int delta)
202 {
203         /* Note we do not add to tx_csum_offset.  That is relative to
204          * transport_offset */
205         b->network_offset += delta;
206         b->transport_offset += delta;
207 }
208
209 /* Transfers extra data from old to new.  This is not a copy nor a
210  * qclone/refcount increase on the extra data blobs.  The old block loses the
211  * data.  This changes BLEN for both, but not BHLEN.  'new' may have preexisting
212  * ebds. */
213 void block_transfer_extras(struct block *new, struct block *old)
214 {
215         struct extra_bdata *ebd;
216
217         for (int i = 0; i < old->nr_extra_bufs; i++) {
218                 ebd = &old->extra_data[i];
219                 if (!ebd->base || !ebd->len)
220                         continue;
221                 block_append_extra(new, ebd->base, ebd->off, ebd->len,
222                                    MEM_WAIT);
223         }
224
225         old->extra_len = 0;
226         old->nr_extra_bufs = 0;
227         kfree(old->extra_data);
228         old->extra_data = NULL;
229 }
230
231 /* Like block_transfer_extras(), but new may not have preexisting ebds. */
232 void block_replace_extras(struct block *new, struct block *old)
233 {
234         assert(!new->extra_data);
235         new->extra_len = old->extra_len;
236         new->nr_extra_bufs = old->nr_extra_bufs;
237         new->extra_data = old->extra_data;
238         old->extra_len = 0;
239         old->nr_extra_bufs = 0;
240         old->extra_data = NULL;
241 }
242
243 /* Given a block, return a block with identical content but as if you allocated
244  * it freshly with 'size', meaning with size bytes in the header/main body, some
245  * of which contain the block's main body data in the new block.  Note all
246  * blocks have an extra Hdrspc bytes to the left that is not counted.
247  *
248  * One thing to consider is a block that has 'moved to the right' in its main
249  * body.  i.e. it used to have data, such as TCP/IP headers, but we've since
250  * incremented b->rp.  We're near the end of the buffer and lim - wp is small.
251  * This will give us a new block with the existing contents at the new 'default'
252  * rp.  The old data to the left of rp will be gone.
253  *
254  * b may be in a blist.  We'll deal with its next pointer.  If b is in the
255  * middle of a blist or a qio bfirst or blast, then the caller needs to deal
256  * with pointers to it. */
257 struct block *block_realloc(struct block *b, size_t size)
258 {
259         struct block *new;
260         size_t amt;
261
262         /* This means there is enough space for the old block data and the rest
263          * of 'size'. */
264         if (b->lim - b->wp + BHLEN(b) >= size)
265                 return b;
266         size = MAX(size, BHLEN(b));
267         new = block_alloc(size, MEM_WAIT);
268         amt = block_copy_to_body(new, b->rp, BHLEN(b));
269         assert(amt == BHLEN(b));
270         new->next = b->next;
271         b->next = NULL;
272         block_copy_metadata(new, b);
273         block_replace_extras(new, b);
274         freeb(b);
275         return new;
276 }
277
278 size_t block_copy_to_body(struct block *to, void *from, size_t copy_amt)
279 {
280         copy_amt = MIN(to->lim - to->wp, copy_amt);
281         memcpy(to->wp, from, copy_amt);
282         to->wp += copy_amt;
283         return copy_amt;
284 }
285
286 void free_block_extra(struct block *b)
287 {
288         struct extra_bdata *ebd;
289
290         /* assuming our release method is kfree, which will change when we
291          * support user buffers */
292         for (int i = 0; i < b->nr_extra_bufs; i++) {
293                 ebd = &b->extra_data[i];
294                 if (ebd->base)
295                         kfree((void*)ebd->base);
296         }
297         b->extra_len = 0;
298         b->nr_extra_bufs = 0;
299         kfree(b->extra_data);   /* harmless if it is 0 */
300         b->extra_data = 0; /* in case the block is reused by a free override */
301 }
302
303 /* Frees a block, returning its size (len, not alloc) */
304 size_t freeb(struct block *b)
305 {
306         void *dead = (void *)Bdead;
307         size_t ret;
308
309         if (b == NULL)
310                 return 0;
311         ret = BLEN(b);
312         free_block_extra(b);
313         /*
314          * drivers which perform non cache coherent DMA manage their own buffer
315          * pool of uncached buffers and provide their own free routine.
316          */
317         if (b->free) {
318                 b->free(b);
319                 return ret;
320         }
321         warn_on(b->next);
322         /* poison the block in case someone is still holding onto it */
323         b->next = dead;
324         b->rp = dead;
325         b->wp = dead;
326         b->lim = dead;
327         b->base = dead;
328         kfree(b);
329         return ret;
330 }
331
332 /* Free a list of blocks, returning their total size. */
333 size_t freeblist(struct block *b)
334 {
335         struct block *next;
336         size_t ret = 0;
337
338         for (; b != 0; b = next) {
339                 next = b->next;
340                 b->next = 0;
341                 ret += freeb(b);
342         }
343         return ret;
344 }
345
346 void checkb(struct block *b, char *msg)
347 {
348         void *dead = (void *)Bdead;
349         struct extra_bdata *ebd;
350         size_t extra_len = 0;
351
352         if (b == dead)
353                 panic("checkb b %s 0x%lx", msg, b);
354         if (b->base == dead || b->lim == dead || b->next == dead
355                 || b->rp == dead || b->wp == dead) {
356                 printd("checkb: base 0x%8.8lx lim 0x%8.8lx next 0x%8.8lx\n",
357                            b->base, b->lim, b->next);
358                 printd("checkb: rp 0x%8.8lx wp 0x%8.8lx\n", b->rp, b->wp);
359                 panic("checkb dead: %s\n", msg);
360         }
361
362         if (b->base > b->lim)
363                 panic("checkb 0 %s 0x%lx 0x%lx", msg, b->base, b->lim);
364         if (b->rp < b->base)
365                 panic("checkb 1 %s 0x%lx 0x%lx", msg, b->base, b->rp);
366         if (b->wp < b->base)
367                 panic("checkb 2 %s 0x%lx 0x%lx", msg, b->base, b->wp);
368         if (b->rp > b->lim)
369                 panic("checkb 3 %s 0x%lx 0x%lx", msg, b->rp, b->lim);
370         if (b->wp > b->lim)
371                 panic("checkb 4 %s 0x%lx 0x%lx", msg, b->wp, b->lim);
372         if (b->nr_extra_bufs && !b->extra_data)
373                 panic("checkb 5 %s missing extra_data", msg);
374
375         for (int i = 0; i < b->nr_extra_bufs; i++) {
376                 ebd = &b->extra_data[i];
377                 if (!ebd->base && (ebd->off || ebd->len))
378                         panic("checkb %s: ebd %d has no base, but has off %d and len %d",
379                               msg, i, ebd->off, ebd->len);
380                 if (ebd->base) {
381                         if (!kmalloc_refcnt((void*)ebd->base))
382                                 panic("checkb %s: buf %d, base %p has no refcnt!\n",
383                                       msg, i, ebd->base);
384                         extra_len += ebd->len;
385                 }
386         }
387         if (extra_len != b->extra_len)
388                 panic("checkb %s: block extra_len %d differs from sum of ebd len %d",
389                       msg, b->extra_len, extra_len);
390 }
391
392 void printblock(struct block *b)
393 {
394         unsigned char *c;
395         unsigned int off, elen;
396         struct extra_bdata *e;
397
398         if (b == NULL) {
399                 printk("block is null\n");
400                 return;
401         }
402
403         print_lock();
404         printk("block of BLEN = %d, with %d header and %d data in %d extras\n",
405                BLEN(b), BHLEN(b), b->extra_len, b->nr_extra_bufs);
406
407         printk("header:\n");
408         printk("%2x:\t", 0);
409         off = 0;
410         for (c = b->rp; c < b->wp; c++) {
411                 printk("  %02x", *c & 0xff);
412                 off++;
413                 if (off % 8 == 0) {
414                         printk("\n");
415                         printk("%2x:\t", off);
416                 }
417         }
418         printk("\n");
419         elen = b->extra_len;
420         for (int i = 0; (i < b->nr_extra_bufs) && elen; i++) {
421                 e = &b->extra_data[i];
422                 if (e->len == 0)
423                         continue;
424                 elen -= e->len;
425                 printk("data %d:\n", i);
426                 printk("%2x:\t", 0);
427                 for (off = 0; off < e->len; off++) {
428                         c = (unsigned char *)e->base + e->off + off;
429                         printk("  %02x", *c & 0xff);
430                         if ((off + 1) % 8 == 0 && off +1 < e->len) {
431                                 printk("\n");
432                                 printk("%2x:\t", off + 1);
433                         }
434                 }
435         }
436         printk("\n");
437         print_unlock();
438 }