vppinfra: Stub out get_current_cpu and get_current_numa on FreeBSD
[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 #if __linux__
110       int mmap_flags_huge = (mmap_flags | MAP_HUGETLB | MAP_LOCKED |
111                              BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE << MAP_HUGE_SHIFT);
112 #endif /* __linux__ */
113
114       /* new allocation is 25% of existing one */
115       if (alloc_arena_mapped (h) >> 2 > alloc)
116         alloc = alloc_arena_mapped (h) >> 2;
117
118       /* round allocation to page size */
119       alloc = round_pow2 (alloc, 1 << BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE);
120
121       base = (void *) (uword) (alloc_arena (h) + alloc_arena_mapped (h));
122
123 #if __linux__
124       rv = mmap (base, alloc, PROT_READ | PROT_WRITE, mmap_flags_huge, -1, 0);
125 #elif __FreeBSD__
126       rv = MAP_FAILED;
127 #endif /* __linux__ */
128
129       /* fallback - maybe we are still able to allocate normal pages */
130       if (rv == MAP_FAILED || mlock (base, alloc) != 0)
131         rv = mmap (base, alloc, PROT_READ | PROT_WRITE, mmap_flags, -1, 0);
132
133       if (rv == MAP_FAILED)
134         os_out_of_memory ();
135
136       alloc_arena_mapped (h) += alloc;
137     }
138
139   return (void *) (uword) (rv + alloc_arena (h));
140 }
141
142 static void BV (clib_bihash_instantiate) (BVT (clib_bihash) * h)
143 {
144   uword bucket_size;
145
146   if (BIHASH_USE_HEAP)
147     {
148       h->heap = clib_mem_get_heap ();
149       h->chunks = 0;
150       alloc_arena (h) = (uword) clib_mem_get_heap_base (h->heap);
151     }
152   else
153     {
154       alloc_arena (h) = clib_mem_vm_reserve (0, h->memory_size,
155                                              BIHASH_LOG2_HUGEPAGE_SIZE);
156       if (alloc_arena (h) == ~0)
157         os_out_of_memory ();
158       alloc_arena_next (h) = 0;
159       alloc_arena_size (h) = h->memory_size;
160       alloc_arena_mapped (h) = 0;
161     }
162
163   bucket_size = h->nbuckets * sizeof (h->buckets[0]);
164
165   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL)
166     bucket_size +=
167       h->nbuckets * BIHASH_KVP_PER_PAGE * sizeof (BVT (clib_bihash_kv));
168
169   h->buckets = BV (alloc_aligned) (h, bucket_size);
170   clib_memset_u8 (h->buckets, 0, bucket_size);
171
172   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL)
173     {
174       int i, j;
175       BVT (clib_bihash_bucket) * b;
176
177       b = h->buckets;
178
179       for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
180         {
181           BVT (clib_bihash_kv) * v;
182           b->offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, (void *) (b + 1));
183           b->refcnt = 1;
184           /* Mark all elements free */
185           v = (void *) (b + 1);
186           for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
187             {
188               BV (clib_bihash_mark_free) (v);
189               v++;
190             }
191           /* Compute next bucket start address */
192           b = (void *) (((uword) b) + sizeof (*b) +
193                         (BIHASH_KVP_PER_PAGE *
194                          sizeof (BVT (clib_bihash_kv))));
195         }
196     }
197   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
198   h->instantiated = 1;
199 }
200
201 void BV (clib_bihash_init2) (BVT (clib_bihash_init2_args) * a)
202 {
203   int i;
204   void *oldheap;
205   BVT (clib_bihash) * h = a->h;
206
207   a->nbuckets = 1 << (max_log2 (a->nbuckets));
208
209   h->name = (u8 *) a->name;
210   h->nbuckets = a->nbuckets;
211   h->log2_nbuckets = max_log2 (a->nbuckets);
212   h->memory_size = BIHASH_USE_HEAP ? 0 : a->memory_size;
213   h->instantiated = 0;
214   h->dont_add_to_all_bihash_list = a->dont_add_to_all_bihash_list;
215   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
216   h->kvp_fmt_fn = a->kvp_fmt_fn;
217
218   alloc_arena (h) = 0;
219
220   /*
221    * Make sure the requested size is rational. The max table
222    * size without playing the alignment card is 64 Gbytes.
223    * If someone starts complaining that's not enough, we can shift
224    * the offset by CLIB_LOG2_CACHE_LINE_BYTES...
225    */
226   if (BIHASH_USE_HEAP)
227     ASSERT (h->memory_size < (1ULL << BIHASH_BUCKET_OFFSET_BITS));
228
229   /* Add this hash table to the list */
230   if (a->dont_add_to_all_bihash_list == 0)
231     {
232       for (i = 0; i < vec_len (clib_all_bihashes); i++)
233         if (clib_all_bihashes[i] == h)
234           goto do_lock;
235       oldheap = clib_all_bihash_set_heap ();
236       vec_add1 (clib_all_bihashes, (void *) h);
237       clib_mem_set_heap (oldheap);
238     }
239
240 do_lock:
241   if (h->alloc_lock)
242     clib_mem_free ((void *) h->alloc_lock);
243
244   /*
245    * Set up the lock now, so we can use it to make the first add
246    * thread-safe
247    */
248   h->alloc_lock = clib_mem_alloc_aligned (CLIB_CACHE_LINE_BYTES,
249                                           CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
250   h->alloc_lock[0] = 0;
251
252 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
253   if (a->instantiate_immediately)
254 #endif
255     BV (clib_bihash_instantiate) (h);
256 }
257
258 void BV (clib_bihash_init)
259   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets, uword memory_size)
260 {
261   BVT (clib_bihash_init2_args) _a, *a = &_a;
262
263   memset (a, 0, sizeof (*a));
264
265   a->h = h;
266   a->name = name;
267   a->nbuckets = nbuckets;
268   a->memory_size = memory_size;
269
270   BV (clib_bihash_init2) (a);
271 }
272
273 #if BIHASH_32_64_SVM
274 #if !defined (MFD_ALLOW_SEALING)
275 #define MFD_ALLOW_SEALING 0x0002U
276 #endif
277
278 void BV (clib_bihash_initiator_init_svm)
279   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, u32 nbuckets, u64 memory_size)
280 {
281   uword bucket_size;
282   u8 *mmap_addr;
283   vec_header_t *freelist_vh;
284   int fd;
285
286   ASSERT (BIHASH_USE_HEAP == 0);
287
288   ASSERT (memory_size < (1ULL << 32));
289   /* Set up for memfd sharing */
290   if ((fd = clib_mem_vm_create_fd (CLIB_MEM_PAGE_SZ_DEFAULT, name) == -1)
291     {
292       clib_unix_warning ("memfd_create");
293       return;
294     }
295
296   if (ftruncate (fd, memory_size) < 0)
297     {
298       clib_unix_warning ("ftruncate");
299       return;
300     }
301
302   /* Not mission-critical, complain and continue */
303   if ((fcntl (fd, F_ADD_SEALS, F_SEAL_SHRINK)) == -1)
304     clib_unix_warning ("fcntl (F_ADD_SEALS)");
305
306   mmap_addr = mmap (0, memory_size,
307                     PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
308
309   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
310     {
311       clib_unix_warning ("mmap failed");
312       ASSERT (0);
313     }
314
315   h->sh = (void *) mmap_addr;
316   h->memfd = fd;
317   nbuckets = 1 << (max_log2 (nbuckets));
318
319   h->name = (u8 *) name;
320   h->sh->nbuckets = h->nbuckets = nbuckets;
321   h->log2_nbuckets = max_log2 (nbuckets);
322
323   alloc_arena (h) = (u64) (uword) mmap_addr;
324   alloc_arena_next (h) = CLIB_CACHE_LINE_BYTES;
325   alloc_arena_size (h) = memory_size;
326
327   bucket_size = nbuckets * sizeof (h->buckets[0]);
328   h->buckets = BV (alloc_aligned) (h, bucket_size);
329   clib_memset_u8 (h->buckets, 0, bucket_size);
330   h->sh->buckets_as_u64 = (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, h->buckets);
331
332   h->alloc_lock = BV (alloc_aligned) (h, CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
333   h->alloc_lock[0] = 0;
334
335   h->sh->alloc_lock_as_u64 =
336     (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, (void *) h->alloc_lock);
337   freelist_vh =
338     BV (alloc_aligned) (h,
339                         sizeof (vec_header_t) +
340                         BIHASH_FREELIST_LENGTH * sizeof (u64));
341   freelist_vh->len = BIHASH_FREELIST_LENGTH;
342   h->sh->freelists_as_u64 =
343     (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, freelist_vh->vector_data);
344   h->freelists = (void *) (freelist_vh->vector_data);
345
346   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
347   h->kvp_fmt_fn = NULL;
348   h->instantiated = 1;
349 }
350
351 void BV (clib_bihash_responder_init_svm)
352   (BVT (clib_bihash) * h, char *name, int fd)
353 {
354   u8 *mmap_addr;
355   u64 memory_size;
356   BVT (clib_bihash_shared_header) * sh;
357
358   ASSERT (BIHASH_USE_HEAP == 0);
359
360   /* Trial mapping, to learn the segment size */
361   mmap_addr = mmap (0, 4096, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
362   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
363     {
364       clib_unix_warning ("trial mmap failed");
365       ASSERT (0);
366     }
367
368   sh = (BVT (clib_bihash_shared_header) *) mmap_addr;
369
370   memory_size = sh->alloc_arena_size;
371
372   munmap (mmap_addr, 4096);
373
374   /* Actual mapping, at the required size */
375   mmap_addr = mmap (0, memory_size,
376                     PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 /* offset */ );
377
378   if (mmap_addr == MAP_FAILED)
379     {
380       clib_unix_warning ("mmap failed");
381       ASSERT (0);
382     }
383
384   (void) close (fd);
385
386   h->sh = (void *) mmap_addr;
387   alloc_arena (h) = (u64) (uword) mmap_addr;
388   h->memfd = -1;
389
390   h->name = (u8 *) name;
391   h->buckets = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->buckets_as_u64);
392   h->nbuckets = h->sh->nbuckets;
393   h->log2_nbuckets = max_log2 (h->nbuckets);
394
395   h->alloc_lock = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->alloc_lock_as_u64);
396   h->freelists = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->sh->freelists_as_u64);
397   h->fmt_fn = BV (format_bihash);
398   h->kvp_fmt_fn = NULL;
399 }
400 #endif /* BIHASH_32_64_SVM */
401
402 void BV (clib_bihash_set_kvp_format_fn) (BVT (clib_bihash) * h,
403                                          format_function_t * kvp_fmt_fn)
404 {
405   h->kvp_fmt_fn = kvp_fmt_fn;
406 }
407
408 int BV (clib_bihash_is_initialised) (const BVT (clib_bihash) * h)
409 {
410   return (h->instantiated != 0);
411 }
412
413 void BV (clib_bihash_free) (BVT (clib_bihash) * h)
414 {
415   int i;
416
417   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
418     goto never_initialized;
419
420   h->instantiated = 0;
421
422   if (BIHASH_USE_HEAP)
423     {
424       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * next, *chunk;
425       void *oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
426
427       chunk = h->chunks;
428       while (chunk)
429         {
430           next = chunk->next;
431           clib_mem_free (chunk);
432           chunk = next;
433         }
434       clib_mem_set_heap (oldheap);
435     }
436
437   vec_free (h->working_copies);
438   vec_free (h->working_copy_lengths);
439   clib_mem_free ((void *) h->alloc_lock);
440 #if BIHASH_32_64_SVM == 0
441   vec_free (h->freelists);
442 #else
443   if (h->memfd > 0)
444     (void) close (h->memfd);
445 #endif
446   if (BIHASH_USE_HEAP == 0)
447     clib_mem_vm_free ((void *) (uword) (alloc_arena (h)),
448                       alloc_arena_size (h));
449 never_initialized:
450   if (h->dont_add_to_all_bihash_list)
451     {
452       clib_memset_u8 (h, 0, sizeof (*h));
453       return;
454     }
455   clib_memset_u8 (h, 0, sizeof (*h));
456   for (i = 0; i < vec_len (clib_all_bihashes); i++)
457     {
458       if ((void *) h == clib_all_bihashes[i])
459         {
460           vec_delete (clib_all_bihashes, 1, i);
461           return;
462         }
463     }
464   clib_warning ("Couldn't find hash table %llx on clib_all_bihashes...",
465                 (u64) (uword) h);
466 }
467
468 static
469 BVT (clib_bihash_value) *
470 BV (value_alloc) (BVT (clib_bihash) * h, u32 log2_pages)
471 {
472   int i;
473   BVT (clib_bihash_value) * rv = 0;
474
475   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
476
477 #if BIHASH_32_64_SVM
478   ASSERT (log2_pages < vec_len (h->freelists));
479 #endif
480
481   if (log2_pages >= vec_len (h->freelists) || h->freelists[log2_pages] == 0)
482     {
483       vec_validate_init_empty (h->freelists, log2_pages, 0);
484       rv = BV (alloc_aligned) (h, (sizeof (*rv) * (1 << log2_pages)));
485       goto initialize;
486     }
487   rv = BV (clib_bihash_get_value) (h, (uword) h->freelists[log2_pages]);
488   h->freelists[log2_pages] = rv->next_free_as_u64;
489
490 initialize:
491   ASSERT (rv);
492
493   BVT (clib_bihash_kv) * v;
494   v = (BVT (clib_bihash_kv) *) rv;
495
496   for (i = 0; i < BIHASH_KVP_PER_PAGE * (1 << log2_pages); i++)
497     {
498       BV (clib_bihash_mark_free) (v);
499       v++;
500     }
501   return rv;
502 }
503
504 static void
505 BV (value_free) (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_value) * v,
506                  u32 log2_pages)
507 {
508   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
509
510   ASSERT (vec_len (h->freelists) > log2_pages);
511
512   if (BIHASH_USE_HEAP && log2_pages >= BIIHASH_MIN_ALLOC_LOG2_PAGES)
513     {
514       /* allocations bigger or equal to chunk size always contain single
515        * alloc and they can be given back to heap */
516       void *oldheap;
517       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * c;
518       c = (BVT (clib_bihash_alloc_chunk) *) v - 1;
519
520       if (c->prev)
521         c->prev->next = c->next;
522       else
523         h->chunks = c->next;
524
525       if (c->next)
526         c->next->prev = c->prev;
527
528       oldheap = clib_mem_set_heap (h->heap);
529       clib_mem_free (c);
530       clib_mem_set_heap (oldheap);
531       return;
532     }
533
534   if (CLIB_DEBUG > 0)
535     clib_memset_u8 (v, 0xFE, sizeof (*v) * (1 << log2_pages));
536
537   v->next_free_as_u64 = (u64) h->freelists[log2_pages];
538   h->freelists[log2_pages] = (u64) BV (clib_bihash_get_offset) (h, v);
539 }
540
541 static inline void
542 BV (make_working_copy) (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_bucket) * b)
543 {
544   BVT (clib_bihash_value) * v;
545   BVT (clib_bihash_bucket) working_bucket __attribute__ ((aligned (8)));
546   BVT (clib_bihash_value) * working_copy;
547   u32 thread_index = os_get_thread_index ();
548   int log2_working_copy_length;
549
550   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
551
552   if (thread_index >= vec_len (h->working_copies))
553     {
554       vec_validate (h->working_copies, thread_index);
555       vec_validate_init_empty (h->working_copy_lengths, thread_index, ~0);
556     }
557
558   /*
559    * working_copies are per-cpu so that near-simultaneous
560    * updates from multiple threads will not result in sporadic, spurious
561    * lookup failures.
562    */
563   working_copy = h->working_copies[thread_index];
564   log2_working_copy_length = h->working_copy_lengths[thread_index];
565
566   h->saved_bucket.as_u64 = b->as_u64;
567
568   if (b->log2_pages > log2_working_copy_length)
569     {
570       /*
571        * It's not worth the bookkeeping to free working copies
572        *   if (working_copy)
573        *     clib_mem_free (working_copy);
574        */
575       working_copy = BV (alloc_aligned)
576         (h, sizeof (working_copy[0]) * (1 << b->log2_pages));
577       h->working_copy_lengths[thread_index] = b->log2_pages;
578       h->working_copies[thread_index] = working_copy;
579
580       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_working_copy_lost,
581                                        1ULL << b->log2_pages);
582     }
583
584   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
585
586   clib_memcpy_fast (working_copy, v, sizeof (*v) * (1 << b->log2_pages));
587   working_bucket.as_u64 = b->as_u64;
588   working_bucket.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, working_copy);
589   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
590   b->as_u64 = working_bucket.as_u64;
591   h->working_copies[thread_index] = working_copy;
592 }
593
594 static
595 BVT (clib_bihash_value) *
596 BV (split_and_rehash)
597   (BVT (clib_bihash) * h,
598    BVT (clib_bihash_value) * old_values, u32 old_log2_pages,
599    u32 new_log2_pages)
600 {
601   BVT (clib_bihash_value) * new_values, *new_v;
602   int i, j, length_in_kvs;
603
604   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
605
606   new_values = BV (value_alloc) (h, new_log2_pages);
607   length_in_kvs = (1 << old_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
608
609   for (i = 0; i < length_in_kvs; i++)
610     {
611       u64 new_hash;
612
613       /* Entry not in use? Forget it */
614       if (BV (clib_bihash_is_free) (&(old_values->kvp[i])))
615         continue;
616
617       /* rehash the item onto its new home-page */
618       new_hash = BV (clib_bihash_hash) (&(old_values->kvp[i]));
619       new_hash = extract_bits (new_hash, h->log2_nbuckets, new_log2_pages);
620       new_v = &new_values[new_hash];
621
622       /* Across the new home-page */
623       for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
624         {
625           /* Empty slot */
626           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_v->kvp[j])))
627             {
628               clib_memcpy_fast (&(new_v->kvp[j]), &(old_values->kvp[i]),
629                                 sizeof (new_v->kvp[j]));
630               goto doublebreak;
631             }
632         }
633       /* Crap. Tell caller to try again */
634       BV (value_free) (h, new_values, new_log2_pages);
635       return 0;
636     doublebreak:;
637     }
638
639   return new_values;
640 }
641
642 static
643 BVT (clib_bihash_value) *
644 BV (split_and_rehash_linear)
645   (BVT (clib_bihash) * h,
646    BVT (clib_bihash_value) * old_values, u32 old_log2_pages,
647    u32 new_log2_pages)
648 {
649   BVT (clib_bihash_value) * new_values;
650   int i, j, new_length, old_length;
651
652   ASSERT (h->alloc_lock[0]);
653
654   new_values = BV (value_alloc) (h, new_log2_pages);
655   new_length = (1 << new_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
656   old_length = (1 << old_log2_pages) * BIHASH_KVP_PER_PAGE;
657
658   j = 0;
659   /* Across the old value array */
660   for (i = 0; i < old_length; i++)
661     {
662       /* Find a free slot in the new linear scan bucket */
663       for (; j < new_length; j++)
664         {
665           /* Old value not in use? Forget it. */
666           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(old_values->kvp[i])))
667             goto doublebreak;
668
669           /* New value should never be in use */
670           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_values->kvp[j])))
671             {
672               /* Copy the old value and move along */
673               clib_memcpy_fast (&(new_values->kvp[j]), &(old_values->kvp[i]),
674                                 sizeof (new_values->kvp[j]));
675               j++;
676               goto doublebreak;
677             }
678         }
679       /* This should never happen... */
680       clib_warning ("BUG: linear rehash failed!");
681       BV (value_free) (h, new_values, new_log2_pages);
682       return 0;
683
684     doublebreak:;
685     }
686   return new_values;
687 }
688
689 static_always_inline int BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (
690   BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, u64 hash, int is_add,
691   int (*is_stale_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *is_stale_arg,
692   void (*overwrite_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *overwrite_arg)
693 {
694   BVT (clib_bihash_bucket) * b, tmp_b;
695   BVT (clib_bihash_value) * v, *new_v, *save_new_v, *working_copy;
696   int i, limit;
697   u64 new_hash;
698   u32 new_log2_pages, old_log2_pages;
699   u32 thread_index = os_get_thread_index ();
700   int mark_bucket_linear;
701   int resplit_once;
702
703   /* *INDENT-OFF* */
704   static const BVT (clib_bihash_bucket) mask = {
705     .linear_search = 1,
706     .log2_pages = -1
707   };
708   /* *INDENT-ON* */
709
710 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
711   /*
712    * Create the table (is_add=1,2), or flunk the request now (is_add=0)
713    * Use the alloc_lock to protect the instantiate operation.
714    */
715   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
716     {
717       if (is_add == 0)
718         return (-1);
719
720       BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
721       if (h->instantiated == 0)
722         BV (clib_bihash_instantiate) (h);
723       BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
724     }
725 #else
726   /* Debug image: make sure the table has been instantiated */
727   ASSERT (h->instantiated != 0);
728 #endif
729
730   /*
731    * Debug image: make sure that an item being added doesn't accidentally
732    * look like a free item.
733    */
734   ASSERT ((is_add && BV (clib_bihash_is_free) (add_v)) == 0);
735
736   b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, hash);
737
738   BV (clib_bihash_lock_bucket) (b);
739
740   /* First elt in the bucket? */
741   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL == 0 && BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
742     {
743       if (is_add == 0)
744         {
745           BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
746           return (-1);
747         }
748
749       BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
750       v = BV (value_alloc) (h, 0);
751       BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
752
753       *v->kvp = *add_v;
754       tmp_b.as_u64 = 0;         /* clears bucket lock */
755       tmp_b.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, v);
756       tmp_b.refcnt = 1;
757       CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
758
759       b->as_u64 = tmp_b.as_u64; /* unlocks the bucket */
760       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_alloc_add, 1);
761
762       return (0);
763     }
764
765   /* WARNING: we're still looking at the live copy... */
766   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
767   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
768
769   if (PREDICT_FALSE (b->as_u64 & mask.as_u64))
770     {
771       if (PREDICT_FALSE (b->linear_search))
772         limit <<= b->log2_pages;
773       else
774         v += extract_bits (hash, h->log2_nbuckets, b->log2_pages);
775     }
776
777   if (is_add)
778     {
779       /*
780        * Because reader threads are looking at live data,
781        * we have to be extra careful. Readers do NOT hold the
782        * bucket lock. We need to be SLOWER than a search, past the
783        * point where readers CHECK the bucket lock.
784        */
785
786       /*
787        * For obvious (in hindsight) reasons, see if we're supposed to
788        * replace an existing key, then look for an empty slot.
789        */
790       for (i = 0; i < limit; i++)
791         {
792           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
793             continue;
794           if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, add_v->key))
795             {
796               /* Add but do not overwrite? */
797               if (is_add == 2)
798                 {
799                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
800                   return (-2);
801                 }
802               if (overwrite_cb)
803                 overwrite_cb (&(v->kvp[i]), overwrite_arg);
804               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i].value),
805                                 &add_v->value, sizeof (add_v->value));
806               BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
807               BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_replace, 1);
808               return (0);
809             }
810         }
811       /*
812        * Look for an empty slot. If found, use it
813        */
814       for (i = 0; i < limit; i++)
815         {
816           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
817             {
818               /*
819                * Copy the value first, so that if a reader manages
820                * to match the new key, the value will be right...
821                */
822               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i].value),
823                                 &add_v->value, sizeof (add_v->value));
824               CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();     /* Make sure the value has settled */
825               clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i]), &add_v->key,
826                                 sizeof (add_v->key));
827               b->refcnt++;
828               ASSERT (b->refcnt > 0);
829               BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
830               BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_add, 1);
831               return (0);
832             }
833         }
834       /* look for stale data to overwrite */
835       if (is_stale_cb)
836         {
837           for (i = 0; i < limit; i++)
838             {
839               if (is_stale_cb (&(v->kvp[i]), is_stale_arg))
840                 {
841                   clib_memcpy_fast (&(v->kvp[i]), add_v, sizeof (*add_v));
842                   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
843                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
844                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_replace, 1);
845                   return (0);
846                 }
847             }
848         }
849       /* Out of space in this bucket, split the bucket... */
850     }
851   else                          /* delete case */
852     {
853       for (i = 0; i < limit; i++)
854         {
855           /* no sense even looking at this one */
856           if (BV (clib_bihash_is_free) (&(v->kvp[i])))
857             continue;
858           /* Found the key? Kill it... */
859           if (BV (clib_bihash_key_compare) (v->kvp[i].key, add_v->key))
860             {
861               BV (clib_bihash_mark_free) (&(v->kvp[i]));
862               /* Is the bucket empty? */
863               if (PREDICT_TRUE (b->refcnt > 1))
864                 {
865                   b->refcnt--;
866                   /* Switch back to the bucket-level kvp array? */
867                   if (BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL && b->refcnt == 1
868                       && b->log2_pages > 0)
869                     {
870                       tmp_b.as_u64 = b->as_u64;
871                       b->offset = BV (clib_bihash_get_offset)
872                         (h, (void *) (b + 1));
873                       b->linear_search = 0;
874                       b->log2_pages = 0;
875                       /* Clean up the bucket-level kvp array */
876                       BVT (clib_bihash_kv) *v = (void *) (b + 1);
877                       int j;
878                       for (j = 0; j < BIHASH_KVP_PER_PAGE; j++)
879                         {
880                           BV (clib_bihash_mark_free) (v);
881                           v++;
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                       goto free_backing_store;
887                     }
888
889                   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
890                   BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
891                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_del, 1);
892                   return (0);
893                 }
894               else              /* yes, free it */
895                 {
896                   /* Save old bucket value, need log2_pages to free it */
897                   tmp_b.as_u64 = b->as_u64;
898
899                   /* Kill and unlock the bucket */
900                   b->as_u64 = 0;
901
902                 free_backing_store:
903                   /* And free the backing storage */
904                   BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
905                   /* Note: v currently points into the middle of the bucket */
906                   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, tmp_b.offset);
907                   BV (value_free) (h, v, tmp_b.log2_pages);
908                   BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
909                   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_del_free,
910                                                    1);
911                   return (0);
912                 }
913             }
914         }
915       /* Not found... */
916       BV (clib_bihash_unlock_bucket) (b);
917       return (-3);
918     }
919
920   /* Move readers to a (locked) temp copy of the bucket */
921   BV (clib_bihash_alloc_lock) (h);
922   BV (make_working_copy) (h, b);
923
924   v = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->saved_bucket.offset);
925
926   old_log2_pages = h->saved_bucket.log2_pages;
927   new_log2_pages = old_log2_pages + 1;
928   mark_bucket_linear = 0;
929   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_split_add, 1);
930   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits, old_log2_pages);
931
932   working_copy = h->working_copies[thread_index];
933   resplit_once = 0;
934   BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits, 1);
935
936   new_v = BV (split_and_rehash) (h, working_copy, old_log2_pages,
937                                  new_log2_pages);
938   if (new_v == 0)
939     {
940     try_resplit:
941       resplit_once = 1;
942       new_log2_pages++;
943       /* Try re-splitting. If that fails, fall back to linear search */
944       new_v = BV (split_and_rehash) (h, working_copy, old_log2_pages,
945                                      new_log2_pages);
946       if (new_v == 0)
947         {
948         mark_linear:
949           new_log2_pages--;
950           /* pinned collisions, use linear search */
951           new_v =
952             BV (split_and_rehash_linear) (h, working_copy, old_log2_pages,
953                                           new_log2_pages);
954           mark_bucket_linear = 1;
955           BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_linear, 1);
956         }
957       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_resplit, 1);
958       BV (clib_bihash_increment_stat) (h, BIHASH_STAT_splits,
959                                        old_log2_pages + 1);
960     }
961
962   /* Try to add the new entry */
963   save_new_v = new_v;
964   new_hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
965   limit = BIHASH_KVP_PER_PAGE;
966   if (mark_bucket_linear)
967     limit <<= new_log2_pages;
968   else
969     new_v += extract_bits (new_hash, h->log2_nbuckets, new_log2_pages);
970
971   for (i = 0; i < limit; i++)
972     {
973       if (BV (clib_bihash_is_free) (&(new_v->kvp[i])))
974         {
975           clib_memcpy_fast (&(new_v->kvp[i]), add_v, sizeof (*add_v));
976           goto expand_ok;
977         }
978     }
979
980   /* Crap. Try again */
981   BV (value_free) (h, save_new_v, new_log2_pages);
982   /*
983    * If we've already doubled the size of the bucket once,
984    * fall back to linear search now.
985    */
986   if (resplit_once)
987     goto mark_linear;
988   else
989     goto try_resplit;
990
991 expand_ok:
992   tmp_b.log2_pages = new_log2_pages;
993   tmp_b.offset = BV (clib_bihash_get_offset) (h, save_new_v);
994   tmp_b.linear_search = mark_bucket_linear;
995 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
996   /* Compensate for permanent refcount bump at the bucket level */
997   if (new_log2_pages > 0)
998 #endif
999     tmp_b.refcnt = h->saved_bucket.refcnt + 1;
1000   ASSERT (tmp_b.refcnt > 0);
1001   tmp_b.lock = 0;
1002   CLIB_MEMORY_STORE_BARRIER ();
1003   b->as_u64 = tmp_b.as_u64;
1004
1005 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
1006   if (h->saved_bucket.log2_pages > 0)
1007     {
1008 #endif
1009
1010       /* free the old bucket, except at the bucket level if so configured */
1011       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, h->saved_bucket.offset);
1012       BV (value_free) (h, v, h->saved_bucket.log2_pages);
1013
1014 #if BIHASH_KVP_AT_BUCKET_LEVEL
1015     }
1016 #endif
1017
1018
1019   BV (clib_bihash_alloc_unlock) (h);
1020   return (0);
1021 }
1022
1023 static_always_inline int BV (clib_bihash_add_del_inline)
1024   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, int is_add,
1025    int (*is_stale_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1026 {
1027   u64 hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
1028   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, is_add,
1029                                                     is_stale_cb, arg, 0, 0);
1030 }
1031
1032 int BV (clib_bihash_add_del_with_hash) (BVT (clib_bihash) * h,
1033                                         BVT (clib_bihash_kv) * add_v, u64 hash,
1034                                         int is_add)
1035 {
1036   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, is_add, 0,
1037                                                     0, 0, 0);
1038 }
1039
1040 int BV (clib_bihash_add_del)
1041   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v, int is_add)
1042 {
1043   return BV (clib_bihash_add_del_inline) (h, add_v, is_add, 0, 0);
1044 }
1045
1046 int BV (clib_bihash_add_or_overwrite_stale)
1047   (BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v,
1048    int (*stale_callback) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1049 {
1050   return BV (clib_bihash_add_del_inline) (h, add_v, 1, stale_callback, arg);
1051 }
1052
1053 int BV (clib_bihash_add_with_overwrite_cb) (
1054   BVT (clib_bihash) * h, BVT (clib_bihash_kv) * add_v,
1055   void (overwrite_cb) (BVT (clib_bihash_kv) *, void *), void *arg)
1056 {
1057   u64 hash = BV (clib_bihash_hash) (add_v);
1058   return BV (clib_bihash_add_del_inline_with_hash) (h, add_v, hash, 1, 0, 0,
1059                                                     overwrite_cb, arg);
1060 }
1061
1062 int BV (clib_bihash_search)
1063   (BVT (clib_bihash) * h,
1064    BVT (clib_bihash_kv) * search_key, BVT (clib_bihash_kv) * valuep)
1065 {
1066   return BV (clib_bihash_search_inline_2) (h, search_key, valuep);
1067 }
1068
1069 u8 *BV (format_bihash) (u8 * s, va_list * args)
1070 {
1071   BVT (clib_bihash) * h = va_arg (*args, BVT (clib_bihash) *);
1072   int verbose = va_arg (*args, int);
1073   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
1074   BVT (clib_bihash_value) * v;
1075   int i, j, k;
1076   u64 active_elements = 0;
1077   u64 active_buckets = 0;
1078   u64 linear_buckets = 0;
1079
1080   s = format (s, "Hash table '%s'\n", h->name ? h->name : (u8 *) "(unnamed)");
1081
1082 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
1083   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
1084     return format (s, "    empty, uninitialized");
1085 #endif
1086
1087   for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
1088     {
1089       b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, i);
1090       if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1091         {
1092           if (verbose > 1)
1093             s = format (s, "[%d]: empty\n", i);
1094           continue;
1095         }
1096
1097       active_buckets++;
1098
1099       if (b->linear_search)
1100         linear_buckets++;
1101
1102       if (verbose)
1103         {
1104           s = format
1105             (s, "[%d]: heap offset %lld, len %d, refcnt %d, linear %d\n", i,
1106              b->offset, (1 << b->log2_pages), b->refcnt, b->linear_search);
1107         }
1108
1109       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
1110       for (j = 0; j < (1 << b->log2_pages); j++)
1111         {
1112           for (k = 0; k < BIHASH_KVP_PER_PAGE; k++)
1113             {
1114               if (BV (clib_bihash_is_free) (&v->kvp[k]))
1115                 {
1116                   if (verbose > 1)
1117                     s = format (s, "    %d: empty\n",
1118                                 j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k);
1119                   continue;
1120                 }
1121               if (verbose)
1122                 {
1123                   if (h->kvp_fmt_fn)
1124                     {
1125                       s = format (s, "    %d: %U\n",
1126                                   j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k,
1127                                   h->kvp_fmt_fn, &(v->kvp[k]), verbose);
1128                     }
1129                   else
1130                     {
1131                       s = format (s, "    %d: %U\n",
1132                                   j * BIHASH_KVP_PER_PAGE + k,
1133                                   BV (format_bihash_kvp), &(v->kvp[k]));
1134                     }
1135                 }
1136               active_elements++;
1137             }
1138           v++;
1139         }
1140     }
1141
1142   s = format (s, "    %lld active elements %lld active buckets\n",
1143               active_elements, active_buckets);
1144   s = format (s, "    %d free lists\n", vec_len (h->freelists));
1145
1146   for (i = 0; i < vec_len (h->freelists); i++)
1147     {
1148       u32 nfree = 0;
1149       BVT (clib_bihash_value) * free_elt;
1150       u64 free_elt_as_u64 = h->freelists[i];
1151
1152       while (free_elt_as_u64)
1153         {
1154           free_elt = BV (clib_bihash_get_value) (h, free_elt_as_u64);
1155           nfree++;
1156           free_elt_as_u64 = free_elt->next_free_as_u64;
1157         }
1158
1159       if (nfree || verbose)
1160         s = format (s, "       [len %d] %u free elts\n", 1 << i, nfree);
1161     }
1162
1163   s = format (s, "    %lld linear search buckets\n", linear_buckets);
1164   if (BIHASH_USE_HEAP)
1165     {
1166       BVT (clib_bihash_alloc_chunk) * c = h->chunks;
1167       uword bytes_left = 0, total_size = 0, n_chunks = 0;
1168
1169       while (c)
1170         {
1171           bytes_left += c->bytes_left;
1172           total_size += c->size;
1173           n_chunks += 1;
1174           c = c->next;
1175         }
1176       s = format (s,
1177                   "    heap: %u chunk(s) allocated\n"
1178                   "          bytes: used %U, scrap %U\n", n_chunks,
1179                   format_memory_size, total_size,
1180                   format_memory_size, bytes_left);
1181     }
1182   else
1183     {
1184       u64 used_bytes = alloc_arena_next (h);
1185       s = format (s,
1186                   "    arena: base %llx, next %llx\n"
1187                   "           used %lld b (%lld Mbytes) of %lld b (%lld Mbytes)\n",
1188                   alloc_arena (h), alloc_arena_next (h),
1189                   used_bytes, used_bytes >> 20,
1190                   alloc_arena_size (h), alloc_arena_size (h) >> 20);
1191     }
1192   return s;
1193 }
1194
1195 void BV (clib_bihash_foreach_key_value_pair)
1196   (BVT (clib_bihash) * h,
1197    BV (clib_bihash_foreach_key_value_pair_cb) cb, void *arg)
1198 {
1199   int i, j, k;
1200   BVT (clib_bihash_bucket) * b;
1201   BVT (clib_bihash_value) * v;
1202
1203
1204 #if BIHASH_LAZY_INSTANTIATE
1205   if (PREDICT_FALSE (h->instantiated == 0))
1206     return;
1207 #endif
1208
1209   for (i = 0; i < h->nbuckets; i++)
1210     {
1211       b = BV (clib_bihash_get_bucket) (h, i);
1212       if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1213         continue;
1214
1215       v = BV (clib_bihash_get_value) (h, b->offset);
1216       for (j = 0; j < (1 << b->log2_pages); j++)
1217         {
1218           for (k = 0; k < BIHASH_KVP_PER_PAGE; k++)
1219             {
1220               if (BV (clib_bihash_is_free) (&v->kvp[k]))
1221                 continue;
1222
1223               if (BIHASH_WALK_STOP == cb (&v->kvp[k], arg))
1224                 return;
1225               /*
1226                * In case the callback deletes the last entry in the bucket...
1227                */
1228               if (BV (clib_bihash_bucket_is_empty) (b))
1229                 goto doublebreak;
1230             }
1231           v++;
1232         }
1233     doublebreak:
1234       ;
1235     }
1236 }
1237
1238 /** @endcond */
1239
1240 /*
1241  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
1242  *
1243  * Local Variables:
1244  * eval: (c-set-style "gnu")
1245  * End:
1246  */