]> Git Repo - J-linux.git/blob - include/net/page_pool/helpers.h
Merge tag 'vfs-6.13-rc7.fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/vfs/vfs
[J-linux.git] / include / net / page_pool / helpers.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2  *
3  * page_pool/helpers.h
4  *      Author: Jesper Dangaard Brouer <[email protected]>
5  *      Copyright (C) 2016 Red Hat, Inc.
6  */
7
8 /**
9  * DOC: page_pool allocator
10  *
11  * The page_pool allocator is optimized for recycling page or page fragment used
12  * by skb packet and xdp frame.
13  *
14  * Basic use involves replacing any alloc_pages() calls with page_pool_alloc(),
15  * which allocate memory with or without page splitting depending on the
16  * requested memory size.
17  *
18  * If the driver knows that it always requires full pages or its allocations are
19  * always smaller than half a page, it can use one of the more specific API
20  * calls:
21  *
22  * 1. page_pool_alloc_pages(): allocate memory without page splitting when
23  * driver knows that the memory it need is always bigger than half of the page
24  * allocated from page pool. There is no cache line dirtying for 'struct page'
25  * when a page is recycled back to the page pool.
26  *
27  * 2. page_pool_alloc_frag(): allocate memory with page splitting when driver
28  * knows that the memory it need is always smaller than or equal to half of the
29  * page allocated from page pool. Page splitting enables memory saving and thus
30  * avoids TLB/cache miss for data access, but there also is some cost to
31  * implement page splitting, mainly some cache line dirtying/bouncing for
32  * 'struct page' and atomic operation for page->pp_ref_count.
33  *
34  * The API keeps track of in-flight pages, in order to let API users know when
35  * it is safe to free a page_pool object, the API users must call
36  * page_pool_put_page() or page_pool_free_va() to free the page_pool object, or
37  * attach the page_pool object to a page_pool-aware object like skbs marked with
38  * skb_mark_for_recycle().
39  *
40  * page_pool_put_page() may be called multiple times on the same page if a page
41  * is split into multiple fragments. For the last fragment, it will either
42  * recycle the page, or in case of page->_refcount > 1, it will release the DMA
43  * mapping and in-flight state accounting.
44  *
45  * dma_sync_single_range_for_device() is only called for the last fragment when
46  * page_pool is created with PP_FLAG_DMA_SYNC_DEV flag, so it depends on the
47  * last freed fragment to do the sync_for_device operation for all fragments in
48  * the same page when a page is split. The API user must setup pool->p.max_len
49  * and pool->p.offset correctly and ensure that page_pool_put_page() is called
50  * with dma_sync_size being -1 for fragment API.
51  */
52 #ifndef _NET_PAGE_POOL_HELPERS_H
53 #define _NET_PAGE_POOL_HELPERS_H
54
55 #include <linux/dma-mapping.h>
56
57 #include <net/page_pool/types.h>
58 #include <net/net_debug.h>
59 #include <net/netmem.h>
60
61 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL_STATS
62 /* Deprecated driver-facing API, use netlink instead */
63 int page_pool_ethtool_stats_get_count(void);
64 u8 *page_pool_ethtool_stats_get_strings(u8 *data);
65 u64 *page_pool_ethtool_stats_get(u64 *data, const void *stats);
66
67 bool page_pool_get_stats(const struct page_pool *pool,
68                          struct page_pool_stats *stats);
69 #else
70 static inline int page_pool_ethtool_stats_get_count(void)
71 {
72         return 0;
73 }
74
75 static inline u8 *page_pool_ethtool_stats_get_strings(u8 *data)
76 {
77         return data;
78 }
79
80 static inline u64 *page_pool_ethtool_stats_get(u64 *data, const void *stats)
81 {
82         return data;
83 }
84 #endif
85
86 /**
87  * page_pool_dev_alloc_pages() - allocate a page.
88  * @pool:       pool from which to allocate
89  *
90  * Get a page from the page allocator or page_pool caches.
91  */
92 static inline struct page *page_pool_dev_alloc_pages(struct page_pool *pool)
93 {
94         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
95
96         return page_pool_alloc_pages(pool, gfp);
97 }
98
99 /**
100  * page_pool_dev_alloc_frag() - allocate a page fragment.
101  * @pool: pool from which to allocate
102  * @offset: offset to the allocated page
103  * @size: requested size
104  *
105  * Get a page fragment from the page allocator or page_pool caches.
106  *
107  * Return:
108  * Return allocated page fragment, otherwise return NULL.
109  */
110 static inline struct page *page_pool_dev_alloc_frag(struct page_pool *pool,
111                                                     unsigned int *offset,
112                                                     unsigned int size)
113 {
114         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
115
116         return page_pool_alloc_frag(pool, offset, size, gfp);
117 }
118
119 static inline struct page *page_pool_alloc(struct page_pool *pool,
120                                            unsigned int *offset,
121                                            unsigned int *size, gfp_t gfp)
122 {
123         unsigned int max_size = PAGE_SIZE << pool->p.order;
124         struct page *page;
125
126         if ((*size << 1) > max_size) {
127                 *size = max_size;
128                 *offset = 0;
129                 return page_pool_alloc_pages(pool, gfp);
130         }
131
132         page = page_pool_alloc_frag(pool, offset, *size, gfp);
133         if (unlikely(!page))
134                 return NULL;
135
136         /* There is very likely not enough space for another fragment, so append
137          * the remaining size to the current fragment to avoid truesize
138          * underestimate problem.
139          */
140         if (pool->frag_offset + *size > max_size) {
141                 *size = max_size - *offset;
142                 pool->frag_offset = max_size;
143         }
144
145         return page;
146 }
147
148 /**
149  * page_pool_dev_alloc() - allocate a page or a page fragment.
150  * @pool: pool from which to allocate
151  * @offset: offset to the allocated page
152  * @size: in as the requested size, out as the allocated size
153  *
154  * Get a page or a page fragment from the page allocator or page_pool caches
155  * depending on the requested size in order to allocate memory with least memory
156  * utilization and performance penalty.
157  *
158  * Return:
159  * Return allocated page or page fragment, otherwise return NULL.
160  */
161 static inline struct page *page_pool_dev_alloc(struct page_pool *pool,
162                                                unsigned int *offset,
163                                                unsigned int *size)
164 {
165         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
166
167         return page_pool_alloc(pool, offset, size, gfp);
168 }
169
170 static inline void *page_pool_alloc_va(struct page_pool *pool,
171                                        unsigned int *size, gfp_t gfp)
172 {
173         unsigned int offset;
174         struct page *page;
175
176         /* Mask off __GFP_HIGHMEM to ensure we can use page_address() */
177         page = page_pool_alloc(pool, &offset, size, gfp & ~__GFP_HIGHMEM);
178         if (unlikely(!page))
179                 return NULL;
180
181         return page_address(page) + offset;
182 }
183
184 /**
185  * page_pool_dev_alloc_va() - allocate a page or a page fragment and return its
186  *                            va.
187  * @pool: pool from which to allocate
188  * @size: in as the requested size, out as the allocated size
189  *
190  * This is just a thin wrapper around the page_pool_alloc() API, and
191  * it returns va of the allocated page or page fragment.
192  *
193  * Return:
194  * Return the va for the allocated page or page fragment, otherwise return NULL.
195  */
196 static inline void *page_pool_dev_alloc_va(struct page_pool *pool,
197                                            unsigned int *size)
198 {
199         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
200
201         return page_pool_alloc_va(pool, size, gfp);
202 }
203
204 /**
205  * page_pool_get_dma_dir() - Retrieve the stored DMA direction.
206  * @pool:       pool from which page was allocated
207  *
208  * Get the stored dma direction. A driver might decide to store this locally
209  * and avoid the extra cache line from page_pool to determine the direction.
210  */
211 static inline enum dma_data_direction
212 page_pool_get_dma_dir(const struct page_pool *pool)
213 {
214         return pool->p.dma_dir;
215 }
216
217 static inline void page_pool_fragment_netmem(netmem_ref netmem, long nr)
218 {
219         atomic_long_set(netmem_get_pp_ref_count_ref(netmem), nr);
220 }
221
222 /**
223  * page_pool_fragment_page() - split a fresh page into fragments
224  * @page:       page to split
225  * @nr:         references to set
226  *
227  * pp_ref_count represents the number of outstanding references to the page,
228  * which will be freed using page_pool APIs (rather than page allocator APIs
229  * like put_page()). Such references are usually held by page_pool-aware
230  * objects like skbs marked for page pool recycling.
231  *
232  * This helper allows the caller to take (set) multiple references to a
233  * freshly allocated page. The page must be freshly allocated (have a
234  * pp_ref_count of 1). This is commonly done by drivers and
235  * "fragment allocators" to save atomic operations - either when they know
236  * upfront how many references they will need; or to take MAX references and
237  * return the unused ones with a single atomic dec(), instead of performing
238  * multiple atomic inc() operations.
239  */
240 static inline void page_pool_fragment_page(struct page *page, long nr)
241 {
242         page_pool_fragment_netmem(page_to_netmem(page), nr);
243 }
244
245 static inline long page_pool_unref_netmem(netmem_ref netmem, long nr)
246 {
247         atomic_long_t *pp_ref_count = netmem_get_pp_ref_count_ref(netmem);
248         long ret;
249
250         /* If nr == pp_ref_count then we have cleared all remaining
251          * references to the page:
252          * 1. 'n == 1': no need to actually overwrite it.
253          * 2. 'n != 1': overwrite it with one, which is the rare case
254          *              for pp_ref_count draining.
255          *
256          * The main advantage to doing this is that not only we avoid a atomic
257          * update, as an atomic_read is generally a much cheaper operation than
258          * an atomic update, especially when dealing with a page that may be
259          * referenced by only 2 or 3 users; but also unify the pp_ref_count
260          * handling by ensuring all pages have partitioned into only 1 piece
261          * initially, and only overwrite it when the page is partitioned into
262          * more than one piece.
263          */
264         if (atomic_long_read(pp_ref_count) == nr) {
265                 /* As we have ensured nr is always one for constant case using
266                  * the BUILD_BUG_ON(), only need to handle the non-constant case
267                  * here for pp_ref_count draining, which is a rare case.
268                  */
269                 BUILD_BUG_ON(__builtin_constant_p(nr) && nr != 1);
270                 if (!__builtin_constant_p(nr))
271                         atomic_long_set(pp_ref_count, 1);
272
273                 return 0;
274         }
275
276         ret = atomic_long_sub_return(nr, pp_ref_count);
277         WARN_ON(ret < 0);
278
279         /* We are the last user here too, reset pp_ref_count back to 1 to
280          * ensure all pages have been partitioned into 1 piece initially,
281          * this should be the rare case when the last two fragment users call
282          * page_pool_unref_page() currently.
283          */
284         if (unlikely(!ret))
285                 atomic_long_set(pp_ref_count, 1);
286
287         return ret;
288 }
289
290 static inline long page_pool_unref_page(struct page *page, long nr)
291 {
292         return page_pool_unref_netmem(page_to_netmem(page), nr);
293 }
294
295 static inline void page_pool_ref_netmem(netmem_ref netmem)
296 {
297         atomic_long_inc(&netmem_to_page(netmem)->pp_ref_count);
298 }
299
300 static inline void page_pool_ref_page(struct page *page)
301 {
302         page_pool_ref_netmem(page_to_netmem(page));
303 }
304
305 static inline bool page_pool_is_last_ref(netmem_ref netmem)
306 {
307         /* If page_pool_unref_page() returns 0, we were the last user */
308         return page_pool_unref_netmem(netmem, 1) == 0;
309 }
310
311 static inline void page_pool_put_netmem(struct page_pool *pool,
312                                         netmem_ref netmem,
313                                         unsigned int dma_sync_size,
314                                         bool allow_direct)
315 {
316         /* When page_pool isn't compiled-in, net/core/xdp.c doesn't
317          * allow registering MEM_TYPE_PAGE_POOL, but shield linker.
318          */
319 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
320         if (!page_pool_is_last_ref(netmem))
321                 return;
322
323         page_pool_put_unrefed_netmem(pool, netmem, dma_sync_size, allow_direct);
324 #endif
325 }
326
327 /**
328  * page_pool_put_page() - release a reference to a page pool page
329  * @pool:       pool from which page was allocated
330  * @page:       page to release a reference on
331  * @dma_sync_size: how much of the page may have been touched by the device
332  * @allow_direct: released by the consumer, allow lockless caching
333  *
334  * The outcome of this depends on the page refcnt. If the driver bumps
335  * the refcnt > 1 this will unmap the page. If the page refcnt is 1
336  * the allocator owns the page and will try to recycle it in one of the pool
337  * caches. If PP_FLAG_DMA_SYNC_DEV is set, the page will be synced for_device
338  * using dma_sync_single_range_for_device().
339  */
340 static inline void page_pool_put_page(struct page_pool *pool,
341                                       struct page *page,
342                                       unsigned int dma_sync_size,
343                                       bool allow_direct)
344 {
345         page_pool_put_netmem(pool, page_to_netmem(page), dma_sync_size,
346                              allow_direct);
347 }
348
349 static inline void page_pool_put_full_netmem(struct page_pool *pool,
350                                              netmem_ref netmem,
351                                              bool allow_direct)
352 {
353         page_pool_put_netmem(pool, netmem, -1, allow_direct);
354 }
355
356 /**
357  * page_pool_put_full_page() - release a reference on a page pool page
358  * @pool:       pool from which page was allocated
359  * @page:       page to release a reference on
360  * @allow_direct: released by the consumer, allow lockless caching
361  *
362  * Similar to page_pool_put_page(), but will DMA sync the entire memory area
363  * as configured in &page_pool_params.max_len.
364  */
365 static inline void page_pool_put_full_page(struct page_pool *pool,
366                                            struct page *page, bool allow_direct)
367 {
368         page_pool_put_netmem(pool, page_to_netmem(page), -1, allow_direct);
369 }
370
371 /**
372  * page_pool_recycle_direct() - release a reference on a page pool page
373  * @pool:       pool from which page was allocated
374  * @page:       page to release a reference on
375  *
376  * Similar to page_pool_put_full_page() but caller must guarantee safe context
377  * (e.g NAPI), since it will recycle the page directly into the pool fast cache.
378  */
379 static inline void page_pool_recycle_direct(struct page_pool *pool,
380                                             struct page *page)
381 {
382         page_pool_put_full_page(pool, page, true);
383 }
384
385 #define PAGE_POOL_32BIT_ARCH_WITH_64BIT_DMA     \
386                 (sizeof(dma_addr_t) > sizeof(unsigned long))
387
388 /**
389  * page_pool_free_va() - free a va into the page_pool
390  * @pool: pool from which va was allocated
391  * @va: va to be freed
392  * @allow_direct: freed by the consumer, allow lockless caching
393  *
394  * Free a va allocated from page_pool_allo_va().
395  */
396 static inline void page_pool_free_va(struct page_pool *pool, void *va,
397                                      bool allow_direct)
398 {
399         page_pool_put_page(pool, virt_to_head_page(va), -1, allow_direct);
400 }
401
402 static inline dma_addr_t page_pool_get_dma_addr_netmem(netmem_ref netmem)
403 {
404         dma_addr_t ret = netmem_get_dma_addr(netmem);
405
406         if (PAGE_POOL_32BIT_ARCH_WITH_64BIT_DMA)
407                 ret <<= PAGE_SHIFT;
408
409         return ret;
410 }
411
412 /**
413  * page_pool_get_dma_addr() - Retrieve the stored DMA address.
414  * @page:       page allocated from a page pool
415  *
416  * Fetch the DMA address of the page. The page pool to which the page belongs
417  * must had been created with PP_FLAG_DMA_MAP.
418  */
419 static inline dma_addr_t page_pool_get_dma_addr(const struct page *page)
420 {
421         return page_pool_get_dma_addr_netmem(page_to_netmem((struct page *)page));
422 }
423
424 /**
425  * page_pool_dma_sync_for_cpu - sync Rx page for CPU after it's written by HW
426  * @pool: &page_pool the @page belongs to
427  * @page: page to sync
428  * @offset: offset from page start to "hard" start if using PP frags
429  * @dma_sync_size: size of the data written to the page
430  *
431  * Can be used as a shorthand to sync Rx pages before accessing them in the
432  * driver. Caller must ensure the pool was created with ``PP_FLAG_DMA_MAP``.
433  * Note that this version performs DMA sync unconditionally, even if the
434  * associated PP doesn't perform sync-for-device.
435  */
436 static inline void page_pool_dma_sync_for_cpu(const struct page_pool *pool,
437                                               const struct page *page,
438                                               u32 offset, u32 dma_sync_size)
439 {
440         dma_sync_single_range_for_cpu(pool->p.dev,
441                                       page_pool_get_dma_addr(page),
442                                       offset + pool->p.offset, dma_sync_size,
443                                       page_pool_get_dma_dir(pool));
444 }
445
446 static inline bool page_pool_put(struct page_pool *pool)
447 {
448         return refcount_dec_and_test(&pool->user_cnt);
449 }
450
451 static inline void page_pool_nid_changed(struct page_pool *pool, int new_nid)
452 {
453         if (unlikely(pool->p.nid != new_nid))
454                 page_pool_update_nid(pool, new_nid);
455 }
456
457 #endif /* _NET_PAGE_POOL_HELPERS_H */
This page took 0.051621 seconds and 4 git commands to generate.