hs-test: point gdb to vpp source files
[vpp.git] / src / vppinfra / bihash_template.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2015 Cisco and/or its affiliates.
3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
4  * you may not use this file except in compliance with the License.
5  * You may obtain a copy of the License at:
6  *
7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
8  *
9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
12  * See the License for the specific language governing permissions and
13  * limitations under the License.
14  */
15
16 /** @cond DOCUMENTATION_IS_IN_BIHASH_DOC_H */
17
18 #ifndef MAP_HUGE_SHIFT
19 #define MAP_HUGE_SHIFT 26
20 #endif
21
22 #ifndef BIIHASH_MIN_ALLOC_LOG2_PAGES
23 #define BIIHASH_MIN_ALLOC_LOG2_PAGES 10
24 #endif
25
26 #ifndef BIHASH_USE_HEAP
27 #define BIHASH_USE_HEAP 1
28 #endif
29
30 static inline void *BV (alloc_aligned) (BVT (clib_bihash) * h, uword nbytes)
31 {
32   uword rv;
33
34   /* Round to an even number of cache lines */
35   nbytes = round_pow2 (nbytes, CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
36
37   if (BIHASH_USE_HEAP)
38     {
39       void *rv, *oldheap;
40       uword page_sz = sizeof (BVT (clib_bihash_value));
41       uword chunk_sz = round_pow2 (page_sz << BIIHASH_MIN_ALLOC_LOG2_PAGES,
42                                    CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
43
44       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * chunk = h->chunks;
45
46       /* if there is enough space in the currenrt chunk */
47       if (chunk && chunk->bytes_left >= nbytes)
48         {
49           rv = chunk->next_alloc;
50           chunk->bytes_left -= nbytes;
51           chunk->next_alloc += nbytes;
52           return rv;
53         }
54
55       /* requested allocation is bigger than chunk size */
56       if (nbytes >= chunk_sz)
57         {
58           oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
59           chunk = clib_mem_alloc_aligned (nbytes + sizeof (*chunk),
60                                           CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
61           clib_mem_set_heap (oldheap);
62           clib_memset_u8 (chunk, 0, sizeof (*chunk));
63           chunk->size = nbytes;
64           rv = (u8 *) (chunk + 1);
65           if (h->chunks)
66             {
67               /* take 2nd place in the list */
68               chunk->next = h->chunks->next;
69               chunk->prev = h->chunks;
70               h->chunks->next = chunk;
71               if (chunk->next)
72                 chunk->next->prev = chunk;
73             }
74           else
75             h->chunks = chunk;
76
77           return rv;
78         }
79
80       oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
81       chunk = clib_mem_alloc_aligned (chunk_sz + sizeof (*chunk),
82                                       CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
83       clib_mem_set_heap (oldheap);
84       chunk->size = chunk_sz;
85       chunk->bytes_left = chunk_sz;
86       chunk->next_alloc = (u8 *) (chunk + 1);
87       chunk->next = h->chunks;
88       chunk->prev = 0;
89       if (chunk->next)
90         chunk->next->prev = chunk;
91       h->chunks = chunk;
92       rv = chunk->next_alloc;
93       chunk->bytes_left -= nbytes;
94       chunk->next_alloc += nbytes;
95       return rv;
96     }
97
98   rv = alloc_arena_next (h);
99   alloc_arena_next (h) += nbytes;
100
101   if (alloc_arena_next (h) > alloc_arena_size (h))
102     os_out_of_memory ();
103
104   if (alloc_arena_next (h) > alloc_arena_mapped (h))
105     {
106       void *base, *rv;
107       uword alloc = alloc_arena_next (h) - alloc_arena_mapped (h);
108       int mmap_flags = MAP_FIXED | MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS;
109       int mmap_flags_huge = (mmap_flags | MAP_HUGETLB | MAP_LOCKED |
110                              BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE << MAP_HUGE_SHIFT);
111
112       /* new allocation is 25% of existing one */
113       if (alloc_arena_mapped (h) >> 2 > alloc)
114         alloc = alloc_arena_mapped (h) >> 2;
115
116       /* round allocation to page size */
117       alloc = round_pow2 (alloc, 1 << BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE);
118
119       base = (void *) (uword) (alloc_arena (h) + alloc_arena_mapped (h));
120
121       rv = mmap (base, alloc, PROT_READ | PROT_WRITE, mmap_flags_huge, -1, 0);
122
123       /* fallback - maybe we are still able to allocate normal pages */
124       if (rv == MAP_FAILED || mlock (base, alloc) != 0)
125         rv = mmap (base, alloc, PROT_READ | PROT_WRITE, mmap_flags, -1, 0);
126
127       if (rv == MAP_FAILED)
128         os_out_of_memory ();
129
130       alloc_arena_mapped (h) += alloc;
131     }
132
133   return (void *) (uword) (rv + alloc_arena (h));
134 }
135
136 static void BV (clib_bihash_instantiate) (BVT (clib_bihash) * h)
137 {
138   uword bucket_size;
139
140   if (BIHASH_USE_HEAP)
141     {
142       h->heap = clib_mem_get_heap ();
143       h->chunks = 0;
144       alloc_arena (h) = (uword) clib_mem_get_heap_base (h->heap);
145     }
146   else
147     {
148       alloc_arena (h) = clib_mem_vm_reserve (0, h->memory_size,
149                                              BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE);
150       if (alloc_arena (h) == ~0)
151         os_out_of_memory ();
152       alloc_arena_next (h) = 0;
153       alloc_arena_size (h) = h->memory_size;
154       alloc_arena_mapped (h) = 0;
155     }
156
157   bucket_size = h->nbuckets * sizeof (h->buckets[0]);
158
159   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL)
160     bucket_size +=
161       h->nbuckets * BIHASH_KVP_PER_PAGE * sizeof (BVT (clib_bihash_kv));
162
163   h->buckets = BV (alloc_aligned) (h, bucket_size);
164   clib_memset_u8 (h->buckets, 0, bucket_size);
165
166   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL)
167     {
168       int i, j;
169       BVT (clib_bihash_bucket) * b;
170
171       b = h->buckets;
172
173       for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
174         {
175           BVT (clib_bihash_kv) * v;
176           b->offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, (void *) (b + 1));
177           b->refcnt = 1;
178           /* Mark all elements free */
179           v = (void *) (b + 1);
180           for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
181             {
182               BV (clib_bihash_mark_free) (v);
183               v++;
184             }
185           /* Compute next bucket start address */
186           b = (void *) (((uword) b) + sizeof (*b) +
187                         (BIHASH_KVP_PER_PAGE *
188                          sizeof (BVT (clib_bihash_kv))));
189         }
190     }
191   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
192   h->instantiated = 1;
193 }
194
195 void BV (clib_bihash_init2) (BVT (clib_bihash_init2_args) * a)
196 {
197   int i;
198   void *oldheap;
199   BVT (clib_bihash) * h = a->h;
200
201   a->nbuckets = 1 << (max_log2 (a->nbuckets));
202
203   h->name = (u8 *) a->name;
204   h->nbuckets = a->nbuckets;
205   h->log2_nbuckets = max_log2 (a->nbuckets);
206   h->memory_size = BIHASH_USE_HEAP ? 0 : a->memory_size;
207   h->instantiated = 0;
208   h->dont_add_to_all_bihash_list = a->dont_add_to_all_bihash_list;
209   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
210   h->kvp_fmt_fn = a->kvp_fmt_fn;
211
212   alloc_arena (h) = 0;
213
214   /*
215    * Make sure the requested size is rational. The max table
216    * size without playing the alignment card is 64 Gbytes.
217    * If someone starts complaining that's not enough, we can shift
218    * the offset by CLIB_LOG2_CACHE_LINE_BYTES...
219    */
220   if (BIHASH_USE_HEAP)
221     ASSERT (h->memory_size < (1ULL << BIHASH_BUCKET_OFFSET_BITS));
222
223   /* Add this hash table to the list */
224   if (a->dont_add_to_all_bihash_list == 0)
225     {
226       for (i = 0; i < vec_len (clib_all_bihashes); i++)
227         if (clib_all_bihashes[i] == h)
228           goto do_lock;
229       oldheap = clib_all_bihash_set_heap ();
230       vec_add1 (clib_all_bihashes, (void *) h);
231       clib_mem_set_heap (oldheap);
232     }
233
234 do_lock:
235   if (h->alloc_lock)
236     clib_mem_free ((void *) h->alloc_lock);
237
238   /*
239    * Set up the lock now, so we can use it to make the first add
240    * thread-safe
241    */
242   h->alloc_lock = clib_mem_alloc_aligned (CLIB_CACHE_LINE_BYTES,
243                                           CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
244   h->alloc_lock[0] = 0;
245
246 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
247   if (a->instantiate_immediately)
248 #endif
249     BV (clib_bihash_instantiate) (h);
250 }
251
252 void BV (clib_bihash_init)
253   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets, uword memory_size)
254 {
255   BVT (clib_bihash_init2_args) _a, *a = &_a;
256
257   memset (a, 0, sizeof (*a));
258
259   a->h = h;
260   a->name = name;
261   a->nbuckets = nbuckets;
262   a->memory_size = memory_size;
263
264   BV (clib_bihash_init2) (a);
265 }
266
267 #if BIHASH_32_64_SVM
268 #if !defined (MFD_ALLOW_SEALING)
269 #define MFD_ALLOW_SEALING 0x0002U
270 #endif
271
272 void BV (clib_bihash_initiator_init_svm)
273   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets, u64 memory_size)
274 {
275   uword bucket_size;
276   u8 *mmap_addr;
277   vec_header_t *freelist_vh;
278   int fd;
279
280   ASSERT (BIHASH_USE_HEAP == 0);
281
282   ASSERT (memory_size < (1ULL << 32));
283   /* Set up for memfd sharing */
284   if ((fd = clib_mem_vm_create_fd (CLIB_MEM_PAGE_SZ_DEFAULT, name) == -1)
285     {
286       clib_unix_warning ("memfd_create");
287       return;
288     }
289
290   if (ftruncate (fd, memory_size) < 0)
291     {
292       clib_unix_warning ("ftruncate");
293       return;
294     }
295
296   /* Not mission-critical, complain and continue */
297   if ((fcntl (fd, F_ADD_SEALS, F_SEAL_SHRINK)) == -1)
298     clib_unix_warning ("fcntl (F_ADD_SEALS)");
299
300   mmap_addr = mmap (0, memory_size,
301                     PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
302
303   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
304     {
305       clib_unix_warning ("mmap failed");
306       ASSERT (0);
307     }
308
309   h->sh = (void *) mmap_addr;
310   h->memfd = fd;
311   nbuckets = 1 << (max_log2 (nbuckets));
312
313   h->name = (u8 *) name;
314   h->sh->nbuckets = h->nbuckets = nbuckets;
315   h->log2_nbuckets = max_log2 (nbuckets);
316
317   alloc_arena (h) = (u64) (uword) mmap_addr;
318   alloc_arena_next (h) = CLIB_CACHE_LINE_BYTES;
319   alloc_arena_size (h) = memory_size;
320
321   bucket_size = nbuckets * sizeof (h->buckets[0]);
322   h->buckets = BV (alloc_aligned) (h, bucket_size);
323   clib_memset_u8 (h->buckets, 0, bucket_size);
324   h->sh->buckets_as_u64 = (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, h->buckets);
325
326   h->alloc_lock = BV (alloc_aligned) (h, CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
327   h->alloc_lock[0] = 0;
328
329   h->sh->alloc_lock_as_u64 =
330     (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, (void *) h->alloc_lock);
331   freelist_vh =
332     BV (alloc_aligned) (h,
333                         sizeof (vec_header_t) +
334                         BIHASH_FREELIST_LENGTH * sizeof (u64));
335   freelist_vh->len = BIHASH_FREELIST_LENGTH;
336   h->sh->freelists_as_u64 =
337     (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, freelist_vh->vector_data);
338   h->freelists = (void *) (freelist_vh->vector_data);
339
340   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
341   h->kvp_fmt_fn = NULL;
342   h->instantiated = 1;
343 }
344
345 void BV (clib_bihash_responder_init_svm)
346   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, int fd)
347 {
348   u8 *mmap_addr;
349   u64 memory_size;
350   BVT (clib_bihash_shared_header) * sh;
351
352   ASSERT (BIHASH_USE_HEAP == 0);
353
354   /* Trial mapping, to learn the segment size */
355   mmap_addr = mmap (0, 4096, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
356   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
357     {
358       clib_unix_warning ("trial mmap failed");
359       ASSERT (0);
360     }
361
362   sh = (BVT (clib_bihash_shared_header) *) mmap_addr;
363
364   memory_size = sh->alloc_arena_size;
365
366   munmap (mmap_addr, 4096);
367
368   /* Actual mapping, at the required size */
369   mmap_addr = mmap (0, memory_size,
370                     PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
371
372   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
373     {
374       clib_unix_warning ("mmap failed");
375       ASSERT (0);
376     }
377
378   (void) close (fd);
379
380   h->sh = (void *) mmap_addr;
381   alloc_arena (h) = (u64) (uword) mmap_addr;
382   h->memfd = -1;
383
384   h->name = (u8 *) name;
385   h->buckets = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->buckets_as_u64);
386   h->nbuckets = h->sh->nbuckets;
387   h->log2_nbuckets = max_log2 (h->nbuckets);
388
389   h->alloc_lock = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->alloc_lock_as_u64);
390   h->freelists = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->freelists_as_u64);
391   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
392   h->kvp_fmt_fn = NULL;
393 }
394 #endif /* BIHASH_32_64_SVM */
395
396 void BV (clib_bihash_set_kvp_format_fn) (BVT (clib_bihash) * h,
397                                          format_function_t * kvp_fmt_fn)
398 {
399   h->kvp_fmt_fn = kvp_fmt_fn;
400 }
401
402 int BV (clib_bihash_is_initialised) (const BVT (clib_bihash) * h)
403 {
404   return (h->instantiated != 0);
405 }
406
407 void BV (clib_bihash_free) (BVT (clib_bihash) * h)
408 {
409   int i;
410
411   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
412     goto never_initialized;
413
414   h->instantiated = 0;
415
416   if (BIHASH_USE_HEAP)
417     {
418       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * next, *chunk;
419       void *oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
420
421       chunk = h->chunks;
422       while (chunk)
423         {
424           next = chunk->next;
425           clib_mem_free (chunk);
426           chunk = next;
427         }
428       clib_mem_set_heap (oldheap);
429     }
430
431   vec_free (h->working_copies);
432   vec_free (h->working_copy_lengths);
433   clib_mem_free ((void *) h->alloc_lock);
434 #if BIHASH_32_64_SVM == 0
435   vec_free (h->freelists);
436 #else
437   if (h->memfd > 0)
438     (void) close (h->memfd);
439 #endif
440   if (BIHASH_USE_HEAP == 0)
441     clib_mem_vm_free ((void *) (uword) (alloc_arena (h)),
442                       alloc_arena_size (h));
443 never_initialized:
444   if (h->dont_add_to_all_bihash_list)
445     {
446       clib_memset_u8 (h, 0, sizeof (*h));
447       return;
448     }
449   clib_memset_u8 (h, 0, sizeof (*h));
450   for (i = 0; i < vec_len (clib_all_bihashes); i++)
451     {
452       if ((void *) h == clib_all_bihashes[i])
453         {
454           vec_delete (clib_all_bihashes, 1, i);
455           return;
456         }
457     }
458   clib_warning ("Couldn't find hash table %llx on clib_all_bihashes...",
459                 (u64) (uword) h);
460 }
461
462 static
463 BVT (clib_bihash_value) *
464 BV (value_alloc) (BVT (clib_bihash) * h, u32 log2_pages)
465 {
466   int i;
467   BVT (clib_bihash_value) * rv = 0;
468
469   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
470
471 #if BIHASH_32_64_SVM
472   ASSERT (log2_pages < vec_len (h->freelists));
473 #endif
474
475   if (log2_pages >= vec_len (h->freelists) || h->freelists[log2_pages] == 0)
476     {
477       vec_validate_init_empty (h->freelists, log2_pages, 0);
478       rv = BV (alloc_aligned) (h, (sizeof (*rv) * (1 << log2_pages)));
479       goto initialize;
480     }
481   rv = BV (clib_bihash_get_value) (h, (uword) h->freelists[log2_pages]);
482   h->freelists[log2_pages] = rv->next_free_as_u64;
483
484 initialize:
485   ASSERT (rv);
486
487   BVT (clib_bihash_kv) * v;
488   v = (BVT (clib_bihash_kv) *) rv;
489
490   for (i = 0; i < BIHASH_KVP_PER_PAGE * (1 << log2_pages); i++)
491     {
492       BV (clib_bihash_mark_free) (v);
493       v++;
494     }
495   return rv;
496 }
497
498 static void
499 BV (value_free) (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_value) * v,
500                  u32 log2_pages)
501 {
502   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
503
504   ASSERT (vec_len (h->freelists) > log2_pages);
505
506   if (BIHASH_USE_HEAP && log2_pages >= BIIHASH_MIN_ALLOC_LOG2_PAGES)
507     {
508       /* allocations bigger or equal to chunk size always contain single
509        * alloc and they can be given back to heap */
510       void *oldheap;
511       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * c;
512       c = (BVT (clib_bihash_alloc_chunk) *) v - 1;
513
514       if (c->prev)
515         c->prev->next = c->next;
516       else
517         h->chunks = c->next;
518
519       if (c->next)
520         c->next->prev = c->prev;
521
522       oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
523       clib_mem_free (c);
524       clib_mem_set_heap (oldheap);
525       return;
526     }
527
528   if (CLIB_DEBUG > 0)
529     clib_memset_u8 (v, 0xFE, sizeof (*v) * (1 << log2_pages));
530
531   v->next_free_as_u64 = (u64) h->freelists[log2_pages];
532   h->freelists[log2_pages] = (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, v);
533 }
534
535 static inline void
536 BV (make_working_copy) (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_bucket) * b)
537 {
538   BVT (clib_bihash_value) * v;
539   BVT (clib_bihash_bucket) working_bucket __attribute__ ((aligned (8)));
540   BVT (clib_bihash_value) * working_copy;
541   u32 thread_index = os_get_thread_index ();
542   int log2_working_copy_length;
543
544   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
545
546   if (thread_index >= vec_len (h->working_copies))
547     {
548       vec_validate (h->working_copies, thread_index);
549       vec_validate_init_empty (h->working_copy_lengths, thread_index, ~0);
550     }
551
552   /*
553    * working_copies are per-cpu so that near-simultaneous
554    * updates from multiple threads will not result in sporadic, spurious
555    * lookup failures.
556    */
557   working_copy = h->working_copies[thread_index];
558   log2_working_copy_length = h->working_copy_lengths[thread_index];
559
560   h->saved_bucket.as_u64 = b->as_u64;
561
562   if (b->log2_pages > log2_working_copy_length)
563     {
564       /*
565        * It's not worth the bookkeeping to free working copies
566        *   if (working_copy)
567        *     clib_mem_free (working_copy);
568        */
569       working_copy = BV (alloc_aligned)
570         (h, sizeof (working_copy[0]) * (1 << b->log2_pages));
571       h->working_copy_lengths[thread_index] = b->log2_pages;
572       h->working_copies[thread_index] = working_copy;
573
574       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_working_copy_lost,
575                                        1ULL << b->log2_pages);
576     }
577
578   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
579
580   clib_memcpy_fast (working_copy, v, sizeof (*v) * (1 << b->log2_pages));
581   working_bucket.as_u64 = b->as_u64;
582   working_bucket.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, working_copy);
583   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
584   b->as_u64 = working_bucket.as_u64;
585   h->working_copies[thread_index] = working_copy;
586 }
587
588 static
589 BVT (clib_bihash_value) *
590 BV (split_and_rehash)
591   (BVT (clib_bihash) * h,
592    BVT (clib_bihash_value) * old_values, u32 old_log2_pages,
593    u32 new_log2_pages)
594 {
595   BVT (clib_bihash_value) * new_values, *new_v;
596   int i, j, length_in_kvs;
597
598   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
599
600   new_values = BV (value_alloc) (h, new_log2_pages);
601   length_in_kvs = (1 << old_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
602
603   for (i = 0; i < length_in_kvs; i++)
604     {
605       u64 new_hash;
606
607       /* Entry not in use? Forget it */
608       if (BV (clib_bihash_is_free) (&(old_values->kvp[i])))
609         continue;
610
611       /* rehash the item onto its new home-page */
612       new_hash = BV (clib_bihash_hash) (&(old_values->kvp[i]));
613       new_hash = extract_bits (new_hash, h->log2_nbuckets, new_log2_pages);
614       new_v = &new_values[new_hash];
615
616       /* Across the new home-page */
617       for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
618         {
619           /* Empty slot */
620           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_v->kvp[j])))
621             {
622               clib_memcpy_fast (&(new_v->kvp[j]), &(old_values->kvp[i]),
623                                 sizeof (new_v->kvp[j]));
624               goto doublebreak;
625             }
626         }
627       /* Crap. Tell caller to try again */
628       BV (value_free) (h, new_values, new_log2_pages);
629       return 0;
630     doublebreak:;
631     }
632
633   return new_values;
634 }
635
636 static
637 BVT (clib_bihash_value) *
638 BV (split_and_rehash_linear)
639   (BVT (clib_bihash) * h,
640    BVT (clib_bihash_value) * old_values, u32 old_log2_pages,
641    u32 new_log2_pages)
642 {
643   BVT (clib_bihash_value) * new_values;
644   int i, j, new_length, old_length;
645
646   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
647
648   new_values = BV (value_alloc) (h, new_log2_pages);
649   new_length = (1 << new_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
650   old_length = (1 << old_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
651
652   j = 0;
653   /* Across the old value array */
654   for (i = 0; i < old_length; i++)
655     {
656       /* Find a free slot in the new linear scan bucket */
657       for (; j < new_length; j++)
658         {
659           /* Old value not in use? Forget it. */
660           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(old_values->kvp[i])))
661             goto doublebreak;
662
663           /* New value should never be in use */
664           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_values->kvp[j])))
665             {
666               /* Copy the old value and move along */
667               clib_memcpy_fast (&(new_values->kvp[j]), &(old_values->kvp[i]),
668                                 sizeof (new_values->kvp[j]));
669               j++;
670               goto doublebreak;
671             }
672         }
673       /* This should never happen... */
674       clib_warning ("BUG: linear rehash failed!");
675       BV (value_free) (h, new_values, new_log2_pages);
676       return 0;
677
678     doublebreak:;
679     }
680   return new_values;
681 }
682
683 static_always_inline int BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (
684   BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, u64 hash, int is_add,
685   int (*is_stale_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *is_stale_arg,
686   void (*overwrite_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *overwrite_arg)
687 {
688   BVT (clib_bihash_bucket) * b, tmp_b;
689   BVT (clib_bihash_value) * v, *new_v, *save_new_v, *working_copy;
690   int i, limit;
691   u64 new_hash;
692   u32 new_log2_pages, old_log2_pages;
693   u32 thread_index = os_get_thread_index ();
694   int mark_bucket_linear;
695   int resplit_once;
696
697   /* *INDENT-OFF* */
698   static const BVT (clib_bihash_bucket) mask = {
699     .linear_search = 1,
700     .log2_pages = -1
701   };
702   /* *INDENT-ON* */
703
704 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
705   /*
706    * Create the table (is_add=1,2), or flunk the request now (is_add=0)
707    * Use the alloc_lock to protect the instantiate operation.
708    */
709   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
710     {
711       if (is_add == 0)
712         return (-1);
713
714       BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
715       if (h->instantiated == 0)
716         BV (clib_bihash_instantiate) (h);
717       BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
718     }
719 #else
720   /* Debug image: make sure the table has been instantiated */
721   ASSERT (h->instantiated != 0);
722 #endif
723
724   /*
725    * Debug image: make sure that an item being added doesn't accidentally
726    * look like a free item.
727    */
728   ASSERT ((is_add && BV (clib_bihash_is_free) (add_v)) == 0);
729
730   b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, hash);
731
732   BV (clib_bihash_lock_bucket) (b);
733
734   /* First elt in the bucket? */
735   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL == 0 && BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
736     {
737       if (is_add == 0)
738         {
739           BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
740           return (-1);
741         }
742
743       BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
744       v = BV (value_alloc) (h, 0);
745       BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
746
747       *v->kvp = *add_v;
748       tmp_b.as_u64 = 0;         /* clears bucket lock */
749       tmp_b.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, v);
750       tmp_b.refcnt = 1;
751       CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
752
753       b->as_u64 = tmp_b.as_u64; /* unlocks the bucket */
754       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_alloc_add, 1);
755
756       return (0);
757     }
758
759   /* WARNING: we're still looking at the live copy... */
760   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
761   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
762
763   if (PREDICT_FALSE (b->as_u64 & mask.as_u64))
764     {
765       if (PREDICT_FALSE (b->linear_search))
766         limit <<= b->log2_pages;
767       else
768         v += extract_bits (hash, h->log2_nbuckets, b->log2_pages);
769     }
770
771   if (is_add)
772     {
773       /*
774        * Because reader threads are looking at live data,
775        * we have to be extra careful. Readers do NOT hold the
776        * bucket lock. We need to be SLOWER than a search, past the
777        * point where readers CHECK the bucket lock.
778        */
779
780       /*
781        * For obvious (in hindsight) reasons, see if we're supposed to
782        * replace an existing key, then look for an empty slot.
783        */
784       for (i = 0; i < limit; i++)
785         {
786           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
787             continue;
788           if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, add_v->key))
789             {
790               /* Add but do not overwrite? */
791               if (is_add == 2)
792                 {
793                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
794                   return (-2);
795                 }
796               if (overwrite_cb)
797                 overwrite_cb (&(v->kvp[i]), overwrite_arg);
798               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i].value),
799                                 &add_v->value, sizeof (add_v->value));
800               BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
801               BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_replace, 1);
802               return (0);
803             }
804         }
805       /*
806        * Look for an empty slot. If found, use it
807        */
808       for (i = 0; i < limit; i++)
809         {
810           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
811             {
812               /*
813                * Copy the value first, so that if a reader manages
814                * to match the new key, the value will be right...
815                */
816               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i].value),
817                                 &add_v->value, sizeof (add_v->value));
818               CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();     /* Make sure the value has settled */
819               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i]), &add_v->key,
820                                 sizeof (add_v->key));
821               b->refcnt++;
822               ASSERT (b->refcnt > 0);
823               BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
824               BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_add, 1);
825               return (0);
826             }
827         }
828       /* look for stale data to overwrite */
829       if (is_stale_cb)
830         {
831           for (i = 0; i < limit; i++)
832             {
833               if (is_stale_cb (&(v->kvp[i]), is_stale_arg))
834                 {
835                   clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i]), add_v, sizeof (*add_v));
836                   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
837                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
838                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_replace, 1);
839                   return (0);
840                 }
841             }
842         }
843       /* Out of space in this bucket, split the bucket... */
844     }
845   else                          /* delete case */
846     {
847       for (i = 0; i < limit; i++)
848         {
849           /* no sense even looking at this one */
850           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
851             continue;
852           /* Found the key? Kill it... */
853           if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, add_v->key))
854             {
855               BV (clib_bihash_mark_free) (&(v->kvp[i]));
856               /* Is the bucket empty? */
857               if (PREDICT_TRUE (b->refcnt > 1))
858                 {
859                   b->refcnt--;
860                   /* Switch back to the bucket-level kvp array? */
861                   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL && b->refcnt == 1
862                       && b->log2_pages > 0)
863                     {
864                       tmp_b.as_u64 = b->as_u64;
865                       b->offset = BV (clib_bihash_get_offset)
866                         (h, (void *) (b + 1));
867                       b->linear_search = 0;
868                       b->log2_pages = 0;
869                       /* Clean up the bucket-level kvp array */
870                       BVT (clib_bihash_kv) *v = (void *) (b + 1);
871                       int j;
872                       for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
873                         {
874                           BV (clib_bihash_mark_free) (v);
875                           v++;
876                         }
877                       CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
878                       BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
879                       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_del, 1);
880                       goto free_backing_store;
881                     }
882
883                   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
884                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
885                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_del, 1);
886                   return (0);
887                 }
888               else              /* yes, free it */
889                 {
890                   /* Save old bucket value, need log2_pages to free it */
891                   tmp_b.as_u64 = b->as_u64;
892
893                   /* Kill and unlock the bucket */
894                   b->as_u64 = 0;
895
896                 free_backing_store:
897                   /* And free the backing storage */
898                   BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
899                   /* Note: v currently points into the middle of the bucket */
900                   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, tmp_b.offset);
901                   BV (value_free) (h, v, tmp_b.log2_pages);
902                   BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
903                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_del_free,
904                                                    1);
905                   return (0);
906                 }
907             }
908         }
909       /* Not found... */
910       BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
911       return (-3);
912     }
913
914   /* Move readers to a (locked) temp copy of the bucket */
915   BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
916   BV (make_working_copy) (h, b);
917
918   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->saved_bucket.offset);
919
920   old_log2_pages = h->saved_bucket.log2_pages;
921   new_log2_pages = old_log2_pages + 1;
922   mark_bucket_linear = 0;
923   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_split_add, 1);
924   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits, old_log2_pages);
925
926   working_copy = h->working_copies[thread_index];
927   resplit_once = 0;
928   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits, 1);
929
930   new_v = BV (split_and_rehash) (h, working_copy, old_log2_pages,
931                                  new_log2_pages);
932   if (new_v == 0)
933     {
934     try_resplit:
935       resplit_once = 1;
936       new_log2_pages++;
937       /* Try re-splitting. If that fails, fall back to linear search */
938       new_v = BV (split_and_rehash) (h, working_copy, old_log2_pages,
939                                      new_log2_pages);
940       if (new_v == 0)
941         {
942         mark_linear:
943           new_log2_pages--;
944           /* pinned collisions, use linear search */
945           new_v =
946             BV (split_and_rehash_linear) (h, working_copy, old_log2_pages,
947                                           new_log2_pages);
948           mark_bucket_linear = 1;
949           BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_linear, 1);
950         }
951       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_resplit, 1);
952       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits,
953                                        old_log2_pages + 1);
954     }
955
956   /* Try to add the new entry */
957   save_new_v = new_v;
958   new_hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
959   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
960   if (mark_bucket_linear)
961     limit <<= new_log2_pages;
962   else
963     new_v += extract_bits (new_hash, h->log2_nbuckets, new_log2_pages);
964
965   for (i = 0; i < limit; i++)
966     {
967       if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_v->kvp[i])))
968         {
969           clib_memcpy_fast (&(new_v->kvp[i]), add_v, sizeof (*add_v));
970           goto expand_ok;
971         }
972     }
973
974   /* Crap. Try again */
975   BV (value_free) (h, save_new_v, new_log2_pages);
976   /*
977    * If we've already doubled the size of the bucket once,
978    * fall back to linear search now.
979    */
980   if (resplit_once)
981     goto mark_linear;
982   else
983     goto try_resplit;
984
985 expand_ok:
986   tmp_b.log2_pages = new_log2_pages;
987   tmp_b.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, save_new_v);
988   tmp_b.linear_search = mark_bucket_linear;
989 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
990   /* Compensate for permanent refcount bump at the bucket level */
991   if (new_log2_pages > 0)
992 #endif
993     tmp_b.refcnt = h->saved_bucket.refcnt + 1;
994   ASSERT (tmp_b.refcnt > 0);
995   tmp_b.lock = 0;
996   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
997   b->as_u64 = tmp_b.as_u64;
998
999 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
1000   if (h->saved_bucket.log2_pages > 0)
1001     {
1002 #endif
1003
1004       /* free the old bucket, except at the bucket level if so configured */
1005       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->saved_bucket.offset);
1006       BV (value_free) (h, v, h->saved_bucket.log2_pages);
1007
1008 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
1009     }
1010 #endif
1011
1012
1013   BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
1014   return (0);
1015 }
1016
1017 static_always_inline int BV (clib_bihash_add_del_inline)
1018   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, int is_add,
1019    int (*is_stale_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1020 {
1021   u64 hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
1022   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, is_add,
1023                                                     is_stale_cb, arg, 0, 0);
1024 }
1025
1026 int BV (clib_bihash_add_del_with_hash) (BVT (clib_bihash) * h,
1027                                         BVT (clib_bihash_kv) * add_v, u64 hash,
1028                                         int is_add)
1029 {
1030   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, is_add, 0,
1031                                                     0, 0, 0);
1032 }
1033
1034 int BV (clib_bihash_add_del)
1035   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, int is_add)
1036 {
1037   return BV (clib_bihash_add_del_inline) (h, add_v, is_add, 0, 0);
1038 }
1039
1040 int BV (clib_bihash_add_or_overwrite_stale)
1041   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v,
1042    int (*stale_callback) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1043 {
1044   return BV (clib_bihash_add_del_inline) (h, add_v, 1, stale_callback, arg);
1045 }
1046
1047 int BV (clib_bihash_add_with_overwrite_cb) (
1048   BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v,
1049   void (overwrite_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1050 {
1051   u64 hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
1052   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, 1, 0, 0,
1053                                                     overwrite_cb, arg);
1054 }
1055
1056 int BV (clib_bihash_search)
1057   (BVT (clib_bihash) * h,
1058    BVT (clib_bihash_kv) * search_key, BVT (clib_bihash_kv) * valuep)
1059 {
1060   return BV (clib_bihash_search_inline_2) (h, search_key, valuep);
1061 }
1062
1063 u8 *BV (format_bihash) (u8 * s, va_list * args)
1064 {
1065   BVT (clib_bihash) * h = va_arg (*args, BVT (clib_bihash) *);
1066   int verbose = va_arg (*args, int);
1067   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
1068   BVT (clib_bihash_value) * v;
1069   int i, j, k;
1070   u64 active_elements = 0;
1071   u64 active_buckets = 0;
1072   u64 linear_buckets = 0;
1073
1074   s = format (s, "Hash table '%s'\n", h->name ? h->name : (u8 *) "(unnamed)");
1075
1076 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
1077   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
1078     return format (s, "    empty, uninitialized");
1079 #endif
1080
1081   for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
1082     {
1083       b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, i);
1084       if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1085         {
1086           if (verbose > 1)
1087             s = format (s, "[%d]: empty\n", i);
1088           continue;
1089         }
1090
1091       active_buckets++;
1092
1093       if (b->linear_search)
1094         linear_buckets++;
1095
1096       if (verbose)
1097         {
1098           s = format
1099             (s, "[%d]: heap offset %lld, len %d, refcnt %d, linear %d\n", i,
1100              b->offset, (1 << b->log2_pages), b->refcnt, b->linear_search);
1101         }
1102
1103       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
1104       for (j = 0; j < (1 << b->log2_pages); j++)
1105         {
1106           for (k = 0; k < BIHASH_KVP_PER_PAGE; k++)
1107             {
1108               if (BV (clib_bihash_is_free) (&v->kvp[k]))
1109                 {
1110                   if (verbose > 1)
1111                     s = format (s, "    %d: empty\n",
1112                                 j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k);
1113                   continue;
1114                 }
1115               if (verbose)
1116                 {
1117                   if (h->kvp_fmt_fn)
1118                     {
1119                       s = format (s, "    %d: %U\n",
1120                                   j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k,
1121                                   h->kvp_fmt_fn, &(v->kvp[k]), verbose);
1122                     }
1123                   else
1124                     {
1125                       s = format (s, "    %d: %U\n",
1126                                   j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k,
1127                                   BV (format_bihash_kvp), &(v->kvp[k]));
1128                     }
1129                 }
1130               active_elements++;
1131             }
1132           v++;
1133         }
1134     }
1135
1136   s = format (s, "    %lld active elements %lld active buckets\n",
1137               active_elements, active_buckets);
1138   s = format (s, "    %d free lists\n", vec_len (h->freelists));
1139
1140   for (i = 0; i < vec_len (h->freelists); i++)
1141     {
1142       u32 nfree = 0;
1143       BVT (clib_bihash_value) * free_elt;
1144       u64 free_elt_as_u64 = h->freelists[i];
1145
1146       while (free_elt_as_u64)
1147         {
1148           free_elt = BV (clib_bihash_get_value) (h, free_elt_as_u64);
1149           nfree++;
1150           free_elt_as_u64 = free_elt->next_free_as_u64;
1151         }
1152
1153       if (nfree || verbose)
1154         s = format (s, "       [len %d] %u free elts\n", 1 << i, nfree);
1155     }
1156
1157   s = format (s, "    %lld linear search buckets\n", linear_buckets);
1158   if (BIHASH_USE_HEAP)
1159     {
1160       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * c = h->chunks;
1161       uword bytes_left = 0, total_size = 0, n_chunks = 0;
1162
1163       while (c)
1164         {
1165           bytes_left += c->bytes_left;
1166           total_size += c->size;
1167           n_chunks += 1;
1168           c = c->next;
1169         }
1170       s = format (s,
1171                   "    heap: %u chunk(s) allocated\n"
1172                   "          bytes: used %U, scrap %U\n", n_chunks,
1173                   format_memory_size, total_size,
1174                   format_memory_size, bytes_left);
1175     }
1176   else
1177     {
1178       u64 used_bytes = alloc_arena_next (h);
1179       s = format (s,
1180                   "    arena: base %llx, next %llx\n"
1181                   "           used %lld b (%lld Mbytes) of %lld b (%lld Mbytes)\n",
1182                   alloc_arena (h), alloc_arena_next (h),
1183                   used_bytes, used_bytes >> 20,
1184                   alloc_arena_size (h), alloc_arena_size (h) >> 20);
1185     }
1186   return s;
1187 }
1188
1189 void BV (clib_bihash_foreach_key_value_pair)
1190   (BVT (clib_bihash) * h,
1191    BV (clib_bihash_foreach_key_value_pair_cb) cb, void *arg)
1192 {
1193   int i, j, k;
1194   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
1195   BVT (clib_bihash_value) * v;
1196
1197
1198 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
1199   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
1200     return;
1201 #endif
1202
1203   for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
1204     {
1205       b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, i);
1206       if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1207         continue;
1208
1209       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
1210       for (j = 0; j < (1 << b->log2_pages); j++)
1211         {
1212           for (k = 0; k < BIHASH_KVP_PER_PAGE; k++)
1213             {
1214               if (BV (clib_bihash_is_free) (&v->kvp[k]))
1215                 continue;
1216
1217               if (BIHASH_WALK_STOP == cb (&v->kvp[k], arg))
1218                 return;
1219               /*
1220                * In case the callback deletes the last entry in the bucket...
1221                */
1222               if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1223                 goto doublebreak;
1224             }
1225           v++;
1226         }
1227     doublebreak:
1228       ;
1229     }
1230 }
1231
1232 /** @endcond */
1233
1234 /*
1235  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
1236  *
1237  * Local Variables:
1238  * eval: (c-set-style "gnu")
1239  * End:
1240  */