]> git.itanic.dy.fi Git - linux-stable/blob - include/net/page_pool.h
ddfa0b3286777632b4891560b74f7e671434aeca
[linux-stable] / include / net / page_pool.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2  *
3  * page_pool.h
4  *      Author: Jesper Dangaard Brouer <netoptimizer@brouer.com>
5  *      Copyright (C) 2016 Red Hat, Inc.
6  */
7
8 /**
9  * DOC: page_pool allocator
10  *
11  * This page_pool allocator is optimized for the XDP mode that
12  * uses one-frame-per-page, but have fallbacks that act like the
13  * regular page allocator APIs.
14  *
15  * Basic use involve replacing alloc_pages() calls with the
16  * page_pool_alloc_pages() call.  Drivers should likely use
17  * page_pool_dev_alloc_pages() replacing dev_alloc_pages().
18  *
19  * API keeps track of in-flight pages, in-order to let API user know
20  * when it is safe to dealloactor page_pool object.  Thus, API users
21  * must make sure to call page_pool_release_page() when a page is
22  * "leaving" the page_pool.  Or call page_pool_put_page() where
23  * appropiate.  For maintaining correct accounting.
24  *
25  * API user must only call page_pool_put_page() once on a page, as it
26  * will either recycle the page, or in case of elevated refcnt, it
27  * will release the DMA mapping and in-flight state accounting.  We
28  * hope to lift this requirement in the future.
29  */
30 #ifndef _NET_PAGE_POOL_H
31 #define _NET_PAGE_POOL_H
32
33 #include <linux/mm.h> /* Needed by ptr_ring */
34 #include <linux/ptr_ring.h>
35 #include <linux/dma-direction.h>
36
37 #define PP_FLAG_DMA_MAP         BIT(0) /* Should page_pool do the DMA
38                                         * map/unmap
39                                         */
40 #define PP_FLAG_DMA_SYNC_DEV    BIT(1) /* If set all pages that the driver gets
41                                         * from page_pool will be
42                                         * DMA-synced-for-device according to
43                                         * the length provided by the device
44                                         * driver.
45                                         * Please note DMA-sync-for-CPU is still
46                                         * device driver responsibility
47                                         */
48 #define PP_FLAG_PAGE_FRAG       BIT(2) /* for page frag feature */
49 #define PP_FLAG_ALL             (PP_FLAG_DMA_MAP |\
50                                  PP_FLAG_DMA_SYNC_DEV |\
51                                  PP_FLAG_PAGE_FRAG)
52
53 /*
54  * Fast allocation side cache array/stack
55  *
56  * The cache size and refill watermark is related to the network
57  * use-case.  The NAPI budget is 64 packets.  After a NAPI poll the RX
58  * ring is usually refilled and the max consumed elements will be 64,
59  * thus a natural max size of objects needed in the cache.
60  *
61  * Keeping room for more objects, is due to XDP_DROP use-case.  As
62  * XDP_DROP allows the opportunity to recycle objects directly into
63  * this array, as it shares the same softirq/NAPI protection.  If
64  * cache is already full (or partly full) then the XDP_DROP recycles
65  * would have to take a slower code path.
66  */
67 #define PP_ALLOC_CACHE_SIZE     128
68 #define PP_ALLOC_CACHE_REFILL   64
69 struct pp_alloc_cache {
70         u32 count;
71         struct page *cache[PP_ALLOC_CACHE_SIZE];
72 };
73
74 struct page_pool_params {
75         unsigned int    flags;
76         unsigned int    order;
77         unsigned int    pool_size;
78         int             nid;  /* Numa node id to allocate from pages from */
79         struct device   *dev; /* device, for DMA pre-mapping purposes */
80         enum dma_data_direction dma_dir; /* DMA mapping direction */
81         unsigned int    max_len; /* max DMA sync memory size */
82         unsigned int    offset;  /* DMA addr offset */
83         void (*init_callback)(struct page *page, void *arg);
84         void *init_arg;
85 };
86
87 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL_STATS
88 struct page_pool_alloc_stats {
89         u64 fast; /* fast path allocations */
90         u64 slow; /* slow-path order 0 allocations */
91         u64 slow_high_order; /* slow-path high order allocations */
92         u64 empty; /* failed refills due to empty ptr ring, forcing
93                     * slow path allocation
94                     */
95         u64 refill; /* allocations via successful refill */
96         u64 waive;  /* failed refills due to numa zone mismatch */
97 };
98
99 struct page_pool_recycle_stats {
100         u64 cached;     /* recycling placed page in the cache. */
101         u64 cache_full; /* cache was full */
102         u64 ring;       /* recycling placed page back into ptr ring */
103         u64 ring_full;  /* page was released from page-pool because
104                          * PTR ring was full.
105                          */
106         u64 released_refcnt; /* page released because of elevated
107                               * refcnt
108                               */
109 };
110
111 /* This struct wraps the above stats structs so users of the
112  * page_pool_get_stats API can pass a single argument when requesting the
113  * stats for the page pool.
114  */
115 struct page_pool_stats {
116         struct page_pool_alloc_stats alloc_stats;
117         struct page_pool_recycle_stats recycle_stats;
118 };
119
120 int page_pool_ethtool_stats_get_count(void);
121 u8 *page_pool_ethtool_stats_get_strings(u8 *data);
122 u64 *page_pool_ethtool_stats_get(u64 *data, void *stats);
123
124 /*
125  * Drivers that wish to harvest page pool stats and report them to users
126  * (perhaps via ethtool, debugfs, or another mechanism) can allocate a
127  * struct page_pool_stats call page_pool_get_stats to get stats for the specified pool.
128  */
129 bool page_pool_get_stats(struct page_pool *pool,
130                          struct page_pool_stats *stats);
131 #else
132
133 static inline int page_pool_ethtool_stats_get_count(void)
134 {
135         return 0;
136 }
137
138 static inline u8 *page_pool_ethtool_stats_get_strings(u8 *data)
139 {
140         return data;
141 }
142
143 static inline u64 *page_pool_ethtool_stats_get(u64 *data, void *stats)
144 {
145         return data;
146 }
147
148 #endif
149
150 struct page_pool {
151         struct page_pool_params p;
152
153         struct delayed_work release_dw;
154         void (*disconnect)(void *);
155         unsigned long defer_start;
156         unsigned long defer_warn;
157
158         u32 pages_state_hold_cnt;
159         unsigned int frag_offset;
160         struct page *frag_page;
161         long frag_users;
162
163 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL_STATS
164         /* these stats are incremented while in softirq context */
165         struct page_pool_alloc_stats alloc_stats;
166 #endif
167         u32 xdp_mem_id;
168
169         /*
170          * Data structure for allocation side
171          *
172          * Drivers allocation side usually already perform some kind
173          * of resource protection.  Piggyback on this protection, and
174          * require driver to protect allocation side.
175          *
176          * For NIC drivers this means, allocate a page_pool per
177          * RX-queue. As the RX-queue is already protected by
178          * Softirq/BH scheduling and napi_schedule. NAPI schedule
179          * guarantee that a single napi_struct will only be scheduled
180          * on a single CPU (see napi_schedule).
181          */
182         struct pp_alloc_cache alloc ____cacheline_aligned_in_smp;
183
184         /* Data structure for storing recycled pages.
185          *
186          * Returning/freeing pages is more complicated synchronization
187          * wise, because free's can happen on remote CPUs, with no
188          * association with allocation resource.
189          *
190          * Use ptr_ring, as it separates consumer and producer
191          * effeciently, it a way that doesn't bounce cache-lines.
192          *
193          * TODO: Implement bulk return pages into this structure.
194          */
195         struct ptr_ring ring;
196
197 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL_STATS
198         /* recycle stats are per-cpu to avoid locking */
199         struct page_pool_recycle_stats __percpu *recycle_stats;
200 #endif
201         atomic_t pages_state_release_cnt;
202
203         /* A page_pool is strictly tied to a single RX-queue being
204          * protected by NAPI, due to above pp_alloc_cache. This
205          * refcnt serves purpose is to simplify drivers error handling.
206          */
207         refcount_t user_cnt;
208
209         u64 destroy_cnt;
210 };
211
212 struct page *page_pool_alloc_pages(struct page_pool *pool, gfp_t gfp);
213
214 static inline struct page *page_pool_dev_alloc_pages(struct page_pool *pool)
215 {
216         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
217
218         return page_pool_alloc_pages(pool, gfp);
219 }
220
221 struct page *page_pool_alloc_frag(struct page_pool *pool, unsigned int *offset,
222                                   unsigned int size, gfp_t gfp);
223
224 static inline struct page *page_pool_dev_alloc_frag(struct page_pool *pool,
225                                                     unsigned int *offset,
226                                                     unsigned int size)
227 {
228         gfp_t gfp = (GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
229
230         return page_pool_alloc_frag(pool, offset, size, gfp);
231 }
232
233 /* get the stored dma direction. A driver might decide to treat this locally and
234  * avoid the extra cache line from page_pool to determine the direction
235  */
236 static
237 inline enum dma_data_direction page_pool_get_dma_dir(struct page_pool *pool)
238 {
239         return pool->p.dma_dir;
240 }
241
242 bool page_pool_return_skb_page(struct page *page);
243
244 struct page_pool *page_pool_create(const struct page_pool_params *params);
245
246 struct xdp_mem_info;
247
248 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
249 void page_pool_destroy(struct page_pool *pool);
250 void page_pool_use_xdp_mem(struct page_pool *pool, void (*disconnect)(void *),
251                            struct xdp_mem_info *mem);
252 void page_pool_release_page(struct page_pool *pool, struct page *page);
253 void page_pool_put_page_bulk(struct page_pool *pool, void **data,
254                              int count);
255 #else
256 static inline void page_pool_destroy(struct page_pool *pool)
257 {
258 }
259
260 static inline void page_pool_use_xdp_mem(struct page_pool *pool,
261                                          void (*disconnect)(void *),
262                                          struct xdp_mem_info *mem)
263 {
264 }
265 static inline void page_pool_release_page(struct page_pool *pool,
266                                           struct page *page)
267 {
268 }
269
270 static inline void page_pool_put_page_bulk(struct page_pool *pool, void **data,
271                                            int count)
272 {
273 }
274 #endif
275
276 void page_pool_put_defragged_page(struct page_pool *pool, struct page *page,
277                                   unsigned int dma_sync_size,
278                                   bool allow_direct);
279
280 /* pp_frag_count represents the number of writers who can update the page
281  * either by updating skb->data or via DMA mappings for the device.
282  * We can't rely on the page refcnt for that as we don't know who might be
283  * holding page references and we can't reliably destroy or sync DMA mappings
284  * of the fragments.
285  *
286  * When pp_frag_count reaches 0 we can either recycle the page if the page
287  * refcnt is 1 or return it back to the memory allocator and destroy any
288  * mappings we have.
289  */
290 static inline void page_pool_fragment_page(struct page *page, long nr)
291 {
292         atomic_long_set(&page->pp_frag_count, nr);
293 }
294
295 static inline long page_pool_defrag_page(struct page *page, long nr)
296 {
297         long ret;
298
299         /* If nr == pp_frag_count then we have cleared all remaining
300          * references to the page. No need to actually overwrite it, instead
301          * we can leave this to be overwritten by the calling function.
302          *
303          * The main advantage to doing this is that an atomic_read is
304          * generally a much cheaper operation than an atomic update,
305          * especially when dealing with a page that may be partitioned
306          * into only 2 or 3 pieces.
307          */
308         if (atomic_long_read(&page->pp_frag_count) == nr)
309                 return 0;
310
311         ret = atomic_long_sub_return(nr, &page->pp_frag_count);
312         WARN_ON(ret < 0);
313         return ret;
314 }
315
316 static inline bool page_pool_is_last_frag(struct page_pool *pool,
317                                           struct page *page)
318 {
319         /* If fragments aren't enabled or count is 0 we were the last user */
320         return !(pool->p.flags & PP_FLAG_PAGE_FRAG) ||
321                (page_pool_defrag_page(page, 1) == 0);
322 }
323
324 static inline void page_pool_put_page(struct page_pool *pool,
325                                       struct page *page,
326                                       unsigned int dma_sync_size,
327                                       bool allow_direct)
328 {
329         /* When page_pool isn't compiled-in, net/core/xdp.c doesn't
330          * allow registering MEM_TYPE_PAGE_POOL, but shield linker.
331          */
332 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
333         if (!page_pool_is_last_frag(pool, page))
334                 return;
335
336         page_pool_put_defragged_page(pool, page, dma_sync_size, allow_direct);
337 #endif
338 }
339
340 /* Same as above but will try to sync the entire area pool->max_len */
341 static inline void page_pool_put_full_page(struct page_pool *pool,
342                                            struct page *page, bool allow_direct)
343 {
344         page_pool_put_page(pool, page, -1, allow_direct);
345 }
346
347 /* Same as above but the caller must guarantee safe context. e.g NAPI */
348 static inline void page_pool_recycle_direct(struct page_pool *pool,
349                                             struct page *page)
350 {
351         page_pool_put_full_page(pool, page, true);
352 }
353
354 #define PAGE_POOL_DMA_USE_PP_FRAG_COUNT \
355                 (sizeof(dma_addr_t) > sizeof(unsigned long))
356
357 static inline dma_addr_t page_pool_get_dma_addr(struct page *page)
358 {
359         dma_addr_t ret = page->dma_addr;
360
361         if (PAGE_POOL_DMA_USE_PP_FRAG_COUNT)
362                 ret |= (dma_addr_t)page->dma_addr_upper << 16 << 16;
363
364         return ret;
365 }
366
367 static inline void page_pool_set_dma_addr(struct page *page, dma_addr_t addr)
368 {
369         page->dma_addr = addr;
370         if (PAGE_POOL_DMA_USE_PP_FRAG_COUNT)
371                 page->dma_addr_upper = upper_32_bits(addr);
372 }
373
374 static inline bool is_page_pool_compiled_in(void)
375 {
376 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
377         return true;
378 #else
379         return false;
380 #endif
381 }
382
383 static inline bool page_pool_put(struct page_pool *pool)
384 {
385         return refcount_dec_and_test(&pool->user_cnt);
386 }
387
388 /* Caller must provide appropriate safe context, e.g. NAPI. */
389 void page_pool_update_nid(struct page_pool *pool, int new_nid);
390 static inline void page_pool_nid_changed(struct page_pool *pool, int new_nid)
391 {
392         if (unlikely(pool->p.nid != new_nid))
393                 page_pool_update_nid(pool, new_nid);
394 }
395
396 static inline void page_pool_ring_lock(struct page_pool *pool)
397         __acquires(&pool->ring.producer_lock)
398 {
399         if (in_softirq())
400                 spin_lock(&pool->ring.producer_lock);
401         else
402                 spin_lock_bh(&pool->ring.producer_lock);
403 }
404
405 static inline void page_pool_ring_unlock(struct page_pool *pool)
406         __releases(&pool->ring.producer_lock)
407 {
408         if (in_softirq())
409                 spin_unlock(&pool->ring.producer_lock);
410         else
411                 spin_unlock_bh(&pool->ring.producer_lock);
412 }
413
414 #endif /* _NET_PAGE_POOL_H */