GNU Linux-libre 4.14.266-gnu1
[releases.git] / lib / bitmap.c
1 /*
2  * lib/bitmap.c
3  * Helper functions for bitmap.h.
4  *
5  * This source code is licensed under the GNU General Public License,
6  * Version 2.  See the file COPYING for more details.
7  */
8 #include <linux/export.h>
9 #include <linux/thread_info.h>
10 #include <linux/ctype.h>
11 #include <linux/errno.h>
12 #include <linux/bitmap.h>
13 #include <linux/bitops.h>
14 #include <linux/bug.h>
15 #include <linux/kernel.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/string.h>
18 #include <linux/uaccess.h>
19
20 #include <asm/page.h>
21
22 /*
23  * bitmaps provide an array of bits, implemented using an an
24  * array of unsigned longs.  The number of valid bits in a
25  * given bitmap does _not_ need to be an exact multiple of
26  * BITS_PER_LONG.
27  *
28  * The possible unused bits in the last, partially used word
29  * of a bitmap are 'don't care'.  The implementation makes
30  * no particular effort to keep them zero.  It ensures that
31  * their value will not affect the results of any operation.
32  * The bitmap operations that return Boolean (bitmap_empty,
33  * for example) or scalar (bitmap_weight, for example) results
34  * carefully filter out these unused bits from impacting their
35  * results.
36  *
37  * These operations actually hold to a slightly stronger rule:
38  * if you don't input any bitmaps to these ops that have some
39  * unused bits set, then they won't output any set unused bits
40  * in output bitmaps.
41  *
42  * The byte ordering of bitmaps is more natural on little
43  * endian architectures.  See the big-endian headers
44  * include/asm-ppc64/bitops.h and include/asm-s390/bitops.h
45  * for the best explanations of this ordering.
46  */
47
48 int __bitmap_equal(const unsigned long *bitmap1,
49                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
50 {
51         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
52         for (k = 0; k < lim; ++k)
53                 if (bitmap1[k] != bitmap2[k])
54                         return 0;
55
56         if (bits % BITS_PER_LONG)
57                 if ((bitmap1[k] ^ bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
58                         return 0;
59
60         return 1;
61 }
62 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_equal);
63
64 void __bitmap_complement(unsigned long *dst, const unsigned long *src, unsigned int bits)
65 {
66         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
67         for (k = 0; k < lim; ++k)
68                 dst[k] = ~src[k];
69
70         if (bits % BITS_PER_LONG)
71                 dst[k] = ~src[k];
72 }
73 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_complement);
74
75 /**
76  * __bitmap_shift_right - logical right shift of the bits in a bitmap
77  *   @dst : destination bitmap
78  *   @src : source bitmap
79  *   @shift : shift by this many bits
80  *   @nbits : bitmap size, in bits
81  *
82  * Shifting right (dividing) means moving bits in the MS -> LS bit
83  * direction.  Zeros are fed into the vacated MS positions and the
84  * LS bits shifted off the bottom are lost.
85  */
86 void __bitmap_shift_right(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
87                         unsigned shift, unsigned nbits)
88 {
89         unsigned k, lim = BITS_TO_LONGS(nbits);
90         unsigned off = shift/BITS_PER_LONG, rem = shift % BITS_PER_LONG;
91         unsigned long mask = BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
92         for (k = 0; off + k < lim; ++k) {
93                 unsigned long upper, lower;
94
95                 /*
96                  * If shift is not word aligned, take lower rem bits of
97                  * word above and make them the top rem bits of result.
98                  */
99                 if (!rem || off + k + 1 >= lim)
100                         upper = 0;
101                 else {
102                         upper = src[off + k + 1];
103                         if (off + k + 1 == lim - 1)
104                                 upper &= mask;
105                         upper <<= (BITS_PER_LONG - rem);
106                 }
107                 lower = src[off + k];
108                 if (off + k == lim - 1)
109                         lower &= mask;
110                 lower >>= rem;
111                 dst[k] = lower | upper;
112         }
113         if (off)
114                 memset(&dst[lim - off], 0, off*sizeof(unsigned long));
115 }
116 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_shift_right);
117
118
119 /**
120  * __bitmap_shift_left - logical left shift of the bits in a bitmap
121  *   @dst : destination bitmap
122  *   @src : source bitmap
123  *   @shift : shift by this many bits
124  *   @nbits : bitmap size, in bits
125  *
126  * Shifting left (multiplying) means moving bits in the LS -> MS
127  * direction.  Zeros are fed into the vacated LS bit positions
128  * and those MS bits shifted off the top are lost.
129  */
130
131 void __bitmap_shift_left(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
132                         unsigned int shift, unsigned int nbits)
133 {
134         int k;
135         unsigned int lim = BITS_TO_LONGS(nbits);
136         unsigned int off = shift/BITS_PER_LONG, rem = shift % BITS_PER_LONG;
137         for (k = lim - off - 1; k >= 0; --k) {
138                 unsigned long upper, lower;
139
140                 /*
141                  * If shift is not word aligned, take upper rem bits of
142                  * word below and make them the bottom rem bits of result.
143                  */
144                 if (rem && k > 0)
145                         lower = src[k - 1] >> (BITS_PER_LONG - rem);
146                 else
147                         lower = 0;
148                 upper = src[k] << rem;
149                 dst[k + off] = lower | upper;
150         }
151         if (off)
152                 memset(dst, 0, off*sizeof(unsigned long));
153 }
154 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_shift_left);
155
156 int __bitmap_and(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
157                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
158 {
159         unsigned int k;
160         unsigned int lim = bits/BITS_PER_LONG;
161         unsigned long result = 0;
162
163         for (k = 0; k < lim; k++)
164                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & bitmap2[k]);
165         if (bits % BITS_PER_LONG)
166                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & bitmap2[k] &
167                            BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
168         return result != 0;
169 }
170 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_and);
171
172 void __bitmap_or(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
173                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
174 {
175         unsigned int k;
176         unsigned int nr = BITS_TO_LONGS(bits);
177
178         for (k = 0; k < nr; k++)
179                 dst[k] = bitmap1[k] | bitmap2[k];
180 }
181 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_or);
182
183 void __bitmap_xor(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
184                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
185 {
186         unsigned int k;
187         unsigned int nr = BITS_TO_LONGS(bits);
188
189         for (k = 0; k < nr; k++)
190                 dst[k] = bitmap1[k] ^ bitmap2[k];
191 }
192 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_xor);
193
194 int __bitmap_andnot(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
195                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
196 {
197         unsigned int k;
198         unsigned int lim = bits/BITS_PER_LONG;
199         unsigned long result = 0;
200
201         for (k = 0; k < lim; k++)
202                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & ~bitmap2[k]);
203         if (bits % BITS_PER_LONG)
204                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & ~bitmap2[k] &
205                            BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
206         return result != 0;
207 }
208 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_andnot);
209
210 int __bitmap_intersects(const unsigned long *bitmap1,
211                         const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
212 {
213         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
214         for (k = 0; k < lim; ++k)
215                 if (bitmap1[k] & bitmap2[k])
216                         return 1;
217
218         if (bits % BITS_PER_LONG)
219                 if ((bitmap1[k] & bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
220                         return 1;
221         return 0;
222 }
223 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_intersects);
224
225 int __bitmap_subset(const unsigned long *bitmap1,
226                     const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
227 {
228         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
229         for (k = 0; k < lim; ++k)
230                 if (bitmap1[k] & ~bitmap2[k])
231                         return 0;
232
233         if (bits % BITS_PER_LONG)
234                 if ((bitmap1[k] & ~bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
235                         return 0;
236         return 1;
237 }
238 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_subset);
239
240 int __bitmap_weight(const unsigned long *bitmap, unsigned int bits)
241 {
242         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
243         int w = 0;
244
245         for (k = 0; k < lim; k++)
246                 w += hweight_long(bitmap[k]);
247
248         if (bits % BITS_PER_LONG)
249                 w += hweight_long(bitmap[k] & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
250
251         return w;
252 }
253 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_weight);
254
255 void __bitmap_set(unsigned long *map, unsigned int start, int len)
256 {
257         unsigned long *p = map + BIT_WORD(start);
258         const unsigned int size = start + len;
259         int bits_to_set = BITS_PER_LONG - (start % BITS_PER_LONG);
260         unsigned long mask_to_set = BITMAP_FIRST_WORD_MASK(start);
261
262         while (len - bits_to_set >= 0) {
263                 *p |= mask_to_set;
264                 len -= bits_to_set;
265                 bits_to_set = BITS_PER_LONG;
266                 mask_to_set = ~0UL;
267                 p++;
268         }
269         if (len) {
270                 mask_to_set &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(size);
271                 *p |= mask_to_set;
272         }
273 }
274 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_set);
275
276 void __bitmap_clear(unsigned long *map, unsigned int start, int len)
277 {
278         unsigned long *p = map + BIT_WORD(start);
279         const unsigned int size = start + len;
280         int bits_to_clear = BITS_PER_LONG - (start % BITS_PER_LONG);
281         unsigned long mask_to_clear = BITMAP_FIRST_WORD_MASK(start);
282
283         while (len - bits_to_clear >= 0) {
284                 *p &= ~mask_to_clear;
285                 len -= bits_to_clear;
286                 bits_to_clear = BITS_PER_LONG;
287                 mask_to_clear = ~0UL;
288                 p++;
289         }
290         if (len) {
291                 mask_to_clear &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(size);
292                 *p &= ~mask_to_clear;
293         }
294 }
295 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_clear);
296
297 /**
298  * bitmap_find_next_zero_area_off - find a contiguous aligned zero area
299  * @map: The address to base the search on
300  * @size: The bitmap size in bits
301  * @start: The bitnumber to start searching at
302  * @nr: The number of zeroed bits we're looking for
303  * @align_mask: Alignment mask for zero area
304  * @align_offset: Alignment offset for zero area.
305  *
306  * The @align_mask should be one less than a power of 2; the effect is that
307  * the bit offset of all zero areas this function finds plus @align_offset
308  * is multiple of that power of 2.
309  */
310 unsigned long bitmap_find_next_zero_area_off(unsigned long *map,
311                                              unsigned long size,
312                                              unsigned long start,
313                                              unsigned int nr,
314                                              unsigned long align_mask,
315                                              unsigned long align_offset)
316 {
317         unsigned long index, end, i;
318 again:
319         index = find_next_zero_bit(map, size, start);
320
321         /* Align allocation */
322         index = __ALIGN_MASK(index + align_offset, align_mask) - align_offset;
323
324         end = index + nr;
325         if (end > size)
326                 return end;
327         i = find_next_bit(map, end, index);
328         if (i < end) {
329                 start = i + 1;
330                 goto again;
331         }
332         return index;
333 }
334 EXPORT_SYMBOL(bitmap_find_next_zero_area_off);
335
336 /*
337  * Bitmap printing & parsing functions: first version by Nadia Yvette Chambers,
338  * second version by Paul Jackson, third by Joe Korty.
339  */
340
341 #define CHUNKSZ                         32
342 #define nbits_to_hold_value(val)        fls(val)
343 #define BASEDEC 10              /* fancier cpuset lists input in decimal */
344
345 /**
346  * __bitmap_parse - convert an ASCII hex string into a bitmap.
347  * @buf: pointer to buffer containing string.
348  * @buflen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
349  *    then it must be terminated with a \0.
350  * @is_user: location of buffer, 0 indicates kernel space
351  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
352  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
353  *
354  * Commas group hex digits into chunks.  Each chunk defines exactly 32
355  * bits of the resultant bitmask.  No chunk may specify a value larger
356  * than 32 bits (%-EOVERFLOW), and if a chunk specifies a smaller value
357  * then leading 0-bits are prepended.  %-EINVAL is returned for illegal
358  * characters and for grouping errors such as "1,,5", ",44", "," and "".
359  * Leading and trailing whitespace accepted, but not embedded whitespace.
360  */
361 int __bitmap_parse(const char *buf, unsigned int buflen,
362                 int is_user, unsigned long *maskp,
363                 int nmaskbits)
364 {
365         int c, old_c, totaldigits, ndigits, nchunks, nbits;
366         u32 chunk;
367         const char __user __force *ubuf = (const char __user __force *)buf;
368
369         bitmap_zero(maskp, nmaskbits);
370
371         nchunks = nbits = totaldigits = c = 0;
372         do {
373                 chunk = 0;
374                 ndigits = totaldigits;
375
376                 /* Get the next chunk of the bitmap */
377                 while (buflen) {
378                         old_c = c;
379                         if (is_user) {
380                                 if (__get_user(c, ubuf++))
381                                         return -EFAULT;
382                         }
383                         else
384                                 c = *buf++;
385                         buflen--;
386                         if (isspace(c))
387                                 continue;
388
389                         /*
390                          * If the last character was a space and the current
391                          * character isn't '\0', we've got embedded whitespace.
392                          * This is a no-no, so throw an error.
393                          */
394                         if (totaldigits && c && isspace(old_c))
395                                 return -EINVAL;
396
397                         /* A '\0' or a ',' signal the end of the chunk */
398                         if (c == '\0' || c == ',')
399                                 break;
400
401                         if (!isxdigit(c))
402                                 return -EINVAL;
403
404                         /*
405                          * Make sure there are at least 4 free bits in 'chunk'.
406                          * If not, this hexdigit will overflow 'chunk', so
407                          * throw an error.
408                          */
409                         if (chunk & ~((1UL << (CHUNKSZ - 4)) - 1))
410                                 return -EOVERFLOW;
411
412                         chunk = (chunk << 4) | hex_to_bin(c);
413                         totaldigits++;
414                 }
415                 if (ndigits == totaldigits)
416                         return -EINVAL;
417                 if (nchunks == 0 && chunk == 0)
418                         continue;
419
420                 __bitmap_shift_left(maskp, maskp, CHUNKSZ, nmaskbits);
421                 *maskp |= chunk;
422                 nchunks++;
423                 nbits += (nchunks == 1) ? nbits_to_hold_value(chunk) : CHUNKSZ;
424                 if (nbits > nmaskbits)
425                         return -EOVERFLOW;
426         } while (buflen && c == ',');
427
428         return 0;
429 }
430 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_parse);
431
432 /**
433  * bitmap_parse_user - convert an ASCII hex string in a user buffer into a bitmap
434  *
435  * @ubuf: pointer to user buffer containing string.
436  * @ulen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
437  *    then it must be terminated with a \0.
438  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
439  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
440  *
441  * Wrapper for __bitmap_parse(), providing it with user buffer.
442  *
443  * We cannot have this as an inline function in bitmap.h because it needs
444  * linux/uaccess.h to get the access_ok() declaration and this causes
445  * cyclic dependencies.
446  */
447 int bitmap_parse_user(const char __user *ubuf,
448                         unsigned int ulen, unsigned long *maskp,
449                         int nmaskbits)
450 {
451         if (!access_ok(VERIFY_READ, ubuf, ulen))
452                 return -EFAULT;
453         return __bitmap_parse((const char __force *)ubuf,
454                                 ulen, 1, maskp, nmaskbits);
455
456 }
457 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parse_user);
458
459 /**
460  * bitmap_print_to_pagebuf - convert bitmap to list or hex format ASCII string
461  * @list: indicates whether the bitmap must be list
462  * @buf: page aligned buffer into which string is placed
463  * @maskp: pointer to bitmap to convert
464  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits
465  *
466  * Output format is a comma-separated list of decimal numbers and
467  * ranges if list is specified or hex digits grouped into comma-separated
468  * sets of 8 digits/set. Returns the number of characters written to buf.
469  *
470  * It is assumed that @buf is a pointer into a PAGE_SIZE area and that
471  * sufficient storage remains at @buf to accommodate the
472  * bitmap_print_to_pagebuf() output.
473  */
474 int bitmap_print_to_pagebuf(bool list, char *buf, const unsigned long *maskp,
475                             int nmaskbits)
476 {
477         ptrdiff_t len = PTR_ALIGN(buf + PAGE_SIZE - 1, PAGE_SIZE) - buf;
478         int n = 0;
479
480         if (len > 1)
481                 n = list ? scnprintf(buf, len, "%*pbl\n", nmaskbits, maskp) :
482                            scnprintf(buf, len, "%*pb\n", nmaskbits, maskp);
483         return n;
484 }
485 EXPORT_SYMBOL(bitmap_print_to_pagebuf);
486
487 /**
488  * __bitmap_parselist - convert list format ASCII string to bitmap
489  * @buf: read nul-terminated user string from this buffer
490  * @buflen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
491  *    then it must be terminated with a \0.
492  * @is_user: location of buffer, 0 indicates kernel space
493  * @maskp: write resulting mask here
494  * @nmaskbits: number of bits in mask to be written
495  *
496  * Input format is a comma-separated list of decimal numbers and
497  * ranges.  Consecutively set bits are shown as two hyphen-separated
498  * decimal numbers, the smallest and largest bit numbers set in
499  * the range.
500  * Optionally each range can be postfixed to denote that only parts of it
501  * should be set. The range will divided to groups of specific size.
502  * From each group will be used only defined amount of bits.
503  * Syntax: range:used_size/group_size
504  * Example: 0-1023:2/256 ==> 0,1,256,257,512,513,768,769
505  *
506  * Returns: 0 on success, -errno on invalid input strings. Error values:
507  *
508  *   - ``-EINVAL``: second number in range smaller than first
509  *   - ``-EINVAL``: invalid character in string
510  *   - ``-ERANGE``: bit number specified too large for mask
511  */
512 static int __bitmap_parselist(const char *buf, unsigned int buflen,
513                 int is_user, unsigned long *maskp,
514                 int nmaskbits)
515 {
516         unsigned int a, b, old_a, old_b;
517         unsigned int group_size, used_size, off;
518         int c, old_c, totaldigits, ndigits;
519         const char __user __force *ubuf = (const char __user __force *)buf;
520         int at_start, in_range, in_partial_range;
521
522         totaldigits = c = 0;
523         old_a = old_b = 0;
524         group_size = used_size = 0;
525         bitmap_zero(maskp, nmaskbits);
526         do {
527                 at_start = 1;
528                 in_range = 0;
529                 in_partial_range = 0;
530                 a = b = 0;
531                 ndigits = totaldigits;
532
533                 /* Get the next cpu# or a range of cpu#'s */
534                 while (buflen) {
535                         old_c = c;
536                         if (is_user) {
537                                 if (__get_user(c, ubuf++))
538                                         return -EFAULT;
539                         } else
540                                 c = *buf++;
541                         buflen--;
542                         if (isspace(c))
543                                 continue;
544
545                         /* A '\0' or a ',' signal the end of a cpu# or range */
546                         if (c == '\0' || c == ',')
547                                 break;
548                         /*
549                         * whitespaces between digits are not allowed,
550                         * but it's ok if whitespaces are on head or tail.
551                         * when old_c is whilespace,
552                         * if totaldigits == ndigits, whitespace is on head.
553                         * if whitespace is on tail, it should not run here.
554                         * as c was ',' or '\0',
555                         * the last code line has broken the current loop.
556                         */
557                         if ((totaldigits != ndigits) && isspace(old_c))
558                                 return -EINVAL;
559
560                         if (c == '/') {
561                                 used_size = a;
562                                 at_start = 1;
563                                 in_range = 0;
564                                 a = b = 0;
565                                 continue;
566                         }
567
568                         if (c == ':') {
569                                 old_a = a;
570                                 old_b = b;
571                                 at_start = 1;
572                                 in_range = 0;
573                                 in_partial_range = 1;
574                                 a = b = 0;
575                                 continue;
576                         }
577
578                         if (c == '-') {
579                                 if (at_start || in_range)
580                                         return -EINVAL;
581                                 b = 0;
582                                 in_range = 1;
583                                 at_start = 1;
584                                 continue;
585                         }
586
587                         if (!isdigit(c))
588                                 return -EINVAL;
589
590                         b = b * 10 + (c - '0');
591                         if (!in_range)
592                                 a = b;
593                         at_start = 0;
594                         totaldigits++;
595                 }
596                 if (ndigits == totaldigits)
597                         continue;
598                 if (in_partial_range) {
599                         group_size = a;
600                         a = old_a;
601                         b = old_b;
602                         old_a = old_b = 0;
603                 } else {
604                         used_size = group_size = b - a + 1;
605                 }
606                 /* if no digit is after '-', it's wrong*/
607                 if (at_start && in_range)
608                         return -EINVAL;
609                 if (!(a <= b) || group_size == 0 || !(used_size <= group_size))
610                         return -EINVAL;
611                 if (b >= nmaskbits)
612                         return -ERANGE;
613                 while (a <= b) {
614                         off = min(b - a + 1, used_size);
615                         bitmap_set(maskp, a, off);
616                         a += group_size;
617                 }
618         } while (buflen && c == ',');
619         return 0;
620 }
621
622 int bitmap_parselist(const char *bp, unsigned long *maskp, int nmaskbits)
623 {
624         char *nl  = strchrnul(bp, '\n');
625         int len = nl - bp;
626
627         return __bitmap_parselist(bp, len, 0, maskp, nmaskbits);
628 }
629 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parselist);
630
631
632 /**
633  * bitmap_parselist_user()
634  *
635  * @ubuf: pointer to user buffer containing string.
636  * @ulen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
637  *    then it must be terminated with a \0.
638  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
639  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
640  *
641  * Wrapper for bitmap_parselist(), providing it with user buffer.
642  *
643  * We cannot have this as an inline function in bitmap.h because it needs
644  * linux/uaccess.h to get the access_ok() declaration and this causes
645  * cyclic dependencies.
646  */
647 int bitmap_parselist_user(const char __user *ubuf,
648                         unsigned int ulen, unsigned long *maskp,
649                         int nmaskbits)
650 {
651         if (!access_ok(VERIFY_READ, ubuf, ulen))
652                 return -EFAULT;
653         return __bitmap_parselist((const char __force *)ubuf,
654                                         ulen, 1, maskp, nmaskbits);
655 }
656 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parselist_user);
657
658
659 /**
660  * bitmap_pos_to_ord - find ordinal of set bit at given position in bitmap
661  *      @buf: pointer to a bitmap
662  *      @pos: a bit position in @buf (0 <= @pos < @nbits)
663  *      @nbits: number of valid bit positions in @buf
664  *
665  * Map the bit at position @pos in @buf (of length @nbits) to the
666  * ordinal of which set bit it is.  If it is not set or if @pos
667  * is not a valid bit position, map to -1.
668  *
669  * If for example, just bits 4 through 7 are set in @buf, then @pos
670  * values 4 through 7 will get mapped to 0 through 3, respectively,
671  * and other @pos values will get mapped to -1.  When @pos value 7
672  * gets mapped to (returns) @ord value 3 in this example, that means
673  * that bit 7 is the 3rd (starting with 0th) set bit in @buf.
674  *
675  * The bit positions 0 through @bits are valid positions in @buf.
676  */
677 static int bitmap_pos_to_ord(const unsigned long *buf, unsigned int pos, unsigned int nbits)
678 {
679         if (pos >= nbits || !test_bit(pos, buf))
680                 return -1;
681
682         return __bitmap_weight(buf, pos);
683 }
684
685 /**
686  * bitmap_ord_to_pos - find position of n-th set bit in bitmap
687  *      @buf: pointer to bitmap
688  *      @ord: ordinal bit position (n-th set bit, n >= 0)
689  *      @nbits: number of valid bit positions in @buf
690  *
691  * Map the ordinal offset of bit @ord in @buf to its position in @buf.
692  * Value of @ord should be in range 0 <= @ord < weight(buf). If @ord
693  * >= weight(buf), returns @nbits.
694  *
695  * If for example, just bits 4 through 7 are set in @buf, then @ord
696  * values 0 through 3 will get mapped to 4 through 7, respectively,
697  * and all other @ord values returns @nbits.  When @ord value 3
698  * gets mapped to (returns) @pos value 7 in this example, that means
699  * that the 3rd set bit (starting with 0th) is at position 7 in @buf.
700  *
701  * The bit positions 0 through @nbits-1 are valid positions in @buf.
702  */
703 unsigned int bitmap_ord_to_pos(const unsigned long *buf, unsigned int ord, unsigned int nbits)
704 {
705         unsigned int pos;
706
707         for (pos = find_first_bit(buf, nbits);
708              pos < nbits && ord;
709              pos = find_next_bit(buf, nbits, pos + 1))
710                 ord--;
711
712         return pos;
713 }
714
715 /**
716  * bitmap_remap - Apply map defined by a pair of bitmaps to another bitmap
717  *      @dst: remapped result
718  *      @src: subset to be remapped
719  *      @old: defines domain of map
720  *      @new: defines range of map
721  *      @nbits: number of bits in each of these bitmaps
722  *
723  * Let @old and @new define a mapping of bit positions, such that
724  * whatever position is held by the n-th set bit in @old is mapped
725  * to the n-th set bit in @new.  In the more general case, allowing
726  * for the possibility that the weight 'w' of @new is less than the
727  * weight of @old, map the position of the n-th set bit in @old to
728  * the position of the m-th set bit in @new, where m == n % w.
729  *
730  * If either of the @old and @new bitmaps are empty, or if @src and
731  * @dst point to the same location, then this routine copies @src
732  * to @dst.
733  *
734  * The positions of unset bits in @old are mapped to themselves
735  * (the identify map).
736  *
737  * Apply the above specified mapping to @src, placing the result in
738  * @dst, clearing any bits previously set in @dst.
739  *
740  * For example, lets say that @old has bits 4 through 7 set, and
741  * @new has bits 12 through 15 set.  This defines the mapping of bit
742  * position 4 to 12, 5 to 13, 6 to 14 and 7 to 15, and of all other
743  * bit positions unchanged.  So if say @src comes into this routine
744  * with bits 1, 5 and 7 set, then @dst should leave with bits 1,
745  * 13 and 15 set.
746  */
747 void bitmap_remap(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
748                 const unsigned long *old, const unsigned long *new,
749                 unsigned int nbits)
750 {
751         unsigned int oldbit, w;
752
753         if (dst == src)         /* following doesn't handle inplace remaps */
754                 return;
755         bitmap_zero(dst, nbits);
756
757         w = bitmap_weight(new, nbits);
758         for_each_set_bit(oldbit, src, nbits) {
759                 int n = bitmap_pos_to_ord(old, oldbit, nbits);
760
761                 if (n < 0 || w == 0)
762                         set_bit(oldbit, dst);   /* identity map */
763                 else
764                         set_bit(bitmap_ord_to_pos(new, n % w, nbits), dst);
765         }
766 }
767 EXPORT_SYMBOL(bitmap_remap);
768
769 /**
770  * bitmap_bitremap - Apply map defined by a pair of bitmaps to a single bit
771  *      @oldbit: bit position to be mapped
772  *      @old: defines domain of map
773  *      @new: defines range of map
774  *      @bits: number of bits in each of these bitmaps
775  *
776  * Let @old and @new define a mapping of bit positions, such that
777  * whatever position is held by the n-th set bit in @old is mapped
778  * to the n-th set bit in @new.  In the more general case, allowing
779  * for the possibility that the weight 'w' of @new is less than the
780  * weight of @old, map the position of the n-th set bit in @old to
781  * the position of the m-th set bit in @new, where m == n % w.
782  *
783  * The positions of unset bits in @old are mapped to themselves
784  * (the identify map).
785  *
786  * Apply the above specified mapping to bit position @oldbit, returning
787  * the new bit position.
788  *
789  * For example, lets say that @old has bits 4 through 7 set, and
790  * @new has bits 12 through 15 set.  This defines the mapping of bit
791  * position 4 to 12, 5 to 13, 6 to 14 and 7 to 15, and of all other
792  * bit positions unchanged.  So if say @oldbit is 5, then this routine
793  * returns 13.
794  */
795 int bitmap_bitremap(int oldbit, const unsigned long *old,
796                                 const unsigned long *new, int bits)
797 {
798         int w = bitmap_weight(new, bits);
799         int n = bitmap_pos_to_ord(old, oldbit, bits);
800         if (n < 0 || w == 0)
801                 return oldbit;
802         else
803                 return bitmap_ord_to_pos(new, n % w, bits);
804 }
805 EXPORT_SYMBOL(bitmap_bitremap);
806
807 /**
808  * bitmap_onto - translate one bitmap relative to another
809  *      @dst: resulting translated bitmap
810  *      @orig: original untranslated bitmap
811  *      @relmap: bitmap relative to which translated
812  *      @bits: number of bits in each of these bitmaps
813  *
814  * Set the n-th bit of @dst iff there exists some m such that the
815  * n-th bit of @relmap is set, the m-th bit of @orig is set, and
816  * the n-th bit of @relmap is also the m-th _set_ bit of @relmap.
817  * (If you understood the previous sentence the first time your
818  * read it, you're overqualified for your current job.)
819  *
820  * In other words, @orig is mapped onto (surjectively) @dst,
821  * using the map { <n, m> | the n-th bit of @relmap is the
822  * m-th set bit of @relmap }.
823  *
824  * Any set bits in @orig above bit number W, where W is the
825  * weight of (number of set bits in) @relmap are mapped nowhere.
826  * In particular, if for all bits m set in @orig, m >= W, then
827  * @dst will end up empty.  In situations where the possibility
828  * of such an empty result is not desired, one way to avoid it is
829  * to use the bitmap_fold() operator, below, to first fold the
830  * @orig bitmap over itself so that all its set bits x are in the
831  * range 0 <= x < W.  The bitmap_fold() operator does this by
832  * setting the bit (m % W) in @dst, for each bit (m) set in @orig.
833  *
834  * Example [1] for bitmap_onto():
835  *  Let's say @relmap has bits 30-39 set, and @orig has bits
836  *  1, 3, 5, 7, 9 and 11 set.  Then on return from this routine,
837  *  @dst will have bits 31, 33, 35, 37 and 39 set.
838  *
839  *  When bit 0 is set in @orig, it means turn on the bit in
840  *  @dst corresponding to whatever is the first bit (if any)
841  *  that is turned on in @relmap.  Since bit 0 was off in the
842  *  above example, we leave off that bit (bit 30) in @dst.
843  *
844  *  When bit 1 is set in @orig (as in the above example), it
845  *  means turn on the bit in @dst corresponding to whatever
846  *  is the second bit that is turned on in @relmap.  The second
847  *  bit in @relmap that was turned on in the above example was
848  *  bit 31, so we turned on bit 31 in @dst.
849  *
850  *  Similarly, we turned on bits 33, 35, 37 and 39 in @dst,
851  *  because they were the 4th, 6th, 8th and 10th set bits
852  *  set in @relmap, and the 4th, 6th, 8th and 10th bits of
853  *  @orig (i.e. bits 3, 5, 7 and 9) were also set.
854  *
855  *  When bit 11 is set in @orig, it means turn on the bit in
856  *  @dst corresponding to whatever is the twelfth bit that is
857  *  turned on in @relmap.  In the above example, there were
858  *  only ten bits turned on in @relmap (30..39), so that bit
859  *  11 was set in @orig had no affect on @dst.
860  *
861  * Example [2] for bitmap_fold() + bitmap_onto():
862  *  Let's say @relmap has these ten bits set::
863  *
864  *              40 41 42 43 45 48 53 61 74 95
865  *
866  *  (for the curious, that's 40 plus the first ten terms of the
867  *  Fibonacci sequence.)
868  *
869  *  Further lets say we use the following code, invoking
870  *  bitmap_fold() then bitmap_onto, as suggested above to
871  *  avoid the possibility of an empty @dst result::
872  *
873  *      unsigned long *tmp;     // a temporary bitmap's bits
874  *
875  *      bitmap_fold(tmp, orig, bitmap_weight(relmap, bits), bits);
876  *      bitmap_onto(dst, tmp, relmap, bits);
877  *
878  *  Then this table shows what various values of @dst would be, for
879  *  various @orig's.  I list the zero-based positions of each set bit.
880  *  The tmp column shows the intermediate result, as computed by
881  *  using bitmap_fold() to fold the @orig bitmap modulo ten
882  *  (the weight of @relmap):
883  *
884  *      =============== ============== =================
885  *      @orig           tmp            @dst
886  *      0                0             40
887  *      1                1             41
888  *      9                9             95
889  *      10               0             40 [#f1]_
890  *      1 3 5 7          1 3 5 7       41 43 48 61
891  *      0 1 2 3 4        0 1 2 3 4     40 41 42 43 45
892  *      0 9 18 27        0 9 8 7       40 61 74 95
893  *      0 10 20 30       0             40
894  *      0 11 22 33       0 1 2 3       40 41 42 43
895  *      0 12 24 36       0 2 4 6       40 42 45 53
896  *      78 102 211       1 2 8         41 42 74 [#f1]_
897  *      =============== ============== =================
898  *
899  * .. [#f1]
900  *
901  *     For these marked lines, if we hadn't first done bitmap_fold()
902  *     into tmp, then the @dst result would have been empty.
903  *
904  * If either of @orig or @relmap is empty (no set bits), then @dst
905  * will be returned empty.
906  *
907  * If (as explained above) the only set bits in @orig are in positions
908  * m where m >= W, (where W is the weight of @relmap) then @dst will
909  * once again be returned empty.
910  *
911  * All bits in @dst not set by the above rule are cleared.
912  */
913 void bitmap_onto(unsigned long *dst, const unsigned long *orig,
914                         const unsigned long *relmap, unsigned int bits)
915 {
916         unsigned int n, m;      /* same meaning as in above comment */
917
918         if (dst == orig)        /* following doesn't handle inplace mappings */
919                 return;
920         bitmap_zero(dst, bits);
921
922         /*
923          * The following code is a more efficient, but less
924          * obvious, equivalent to the loop:
925          *      for (m = 0; m < bitmap_weight(relmap, bits); m++) {
926          *              n = bitmap_ord_to_pos(orig, m, bits);
927          *              if (test_bit(m, orig))
928          *                      set_bit(n, dst);
929          *      }
930          */
931
932         m = 0;
933         for_each_set_bit(n, relmap, bits) {
934                 /* m == bitmap_pos_to_ord(relmap, n, bits) */
935                 if (test_bit(m, orig))
936                         set_bit(n, dst);
937                 m++;
938         }
939 }
940 EXPORT_SYMBOL(bitmap_onto);
941
942 /**
943  * bitmap_fold - fold larger bitmap into smaller, modulo specified size
944  *      @dst: resulting smaller bitmap
945  *      @orig: original larger bitmap
946  *      @sz: specified size
947  *      @nbits: number of bits in each of these bitmaps
948  *
949  * For each bit oldbit in @orig, set bit oldbit mod @sz in @dst.
950  * Clear all other bits in @dst.  See further the comment and
951  * Example [2] for bitmap_onto() for why and how to use this.
952  */
953 void bitmap_fold(unsigned long *dst, const unsigned long *orig,
954                         unsigned int sz, unsigned int nbits)
955 {
956         unsigned int oldbit;
957
958         if (dst == orig)        /* following doesn't handle inplace mappings */
959                 return;
960         bitmap_zero(dst, nbits);
961
962         for_each_set_bit(oldbit, orig, nbits)
963                 set_bit(oldbit % sz, dst);
964 }
965 EXPORT_SYMBOL(bitmap_fold);
966
967 /*
968  * Common code for bitmap_*_region() routines.
969  *      bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
970  *      pos: the beginning of the region
971  *      order: region size (log base 2 of number of bits)
972  *      reg_op: operation(s) to perform on that region of bitmap
973  *
974  * Can set, verify and/or release a region of bits in a bitmap,
975  * depending on which combination of REG_OP_* flag bits is set.
976  *
977  * A region of a bitmap is a sequence of bits in the bitmap, of
978  * some size '1 << order' (a power of two), aligned to that same
979  * '1 << order' power of two.
980  *
981  * Returns 1 if REG_OP_ISFREE succeeds (region is all zero bits).
982  * Returns 0 in all other cases and reg_ops.
983  */
984
985 enum {
986         REG_OP_ISFREE,          /* true if region is all zero bits */
987         REG_OP_ALLOC,           /* set all bits in region */
988         REG_OP_RELEASE,         /* clear all bits in region */
989 };
990
991 static int __reg_op(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order, int reg_op)
992 {
993         int nbits_reg;          /* number of bits in region */
994         int index;              /* index first long of region in bitmap */
995         int offset;             /* bit offset region in bitmap[index] */
996         int nlongs_reg;         /* num longs spanned by region in bitmap */
997         int nbitsinlong;        /* num bits of region in each spanned long */
998         unsigned long mask;     /* bitmask for one long of region */
999         int i;                  /* scans bitmap by longs */
1000         int ret = 0;            /* return value */
1001
1002         /*
1003          * Either nlongs_reg == 1 (for small orders that fit in one long)
1004          * or (offset == 0 && mask == ~0UL) (for larger multiword orders.)
1005          */
1006         nbits_reg = 1 << order;
1007         index = pos / BITS_PER_LONG;
1008         offset = pos - (index * BITS_PER_LONG);
1009         nlongs_reg = BITS_TO_LONGS(nbits_reg);
1010         nbitsinlong = min(nbits_reg,  BITS_PER_LONG);
1011
1012         /*
1013          * Can't do "mask = (1UL << nbitsinlong) - 1", as that
1014          * overflows if nbitsinlong == BITS_PER_LONG.
1015          */
1016         mask = (1UL << (nbitsinlong - 1));
1017         mask += mask - 1;
1018         mask <<= offset;
1019
1020         switch (reg_op) {
1021         case REG_OP_ISFREE:
1022                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++) {
1023                         if (bitmap[index + i] & mask)
1024                                 goto done;
1025                 }
1026                 ret = 1;        /* all bits in region free (zero) */
1027                 break;
1028
1029         case REG_OP_ALLOC:
1030                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++)
1031                         bitmap[index + i] |= mask;
1032                 break;
1033
1034         case REG_OP_RELEASE:
1035                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++)
1036                         bitmap[index + i] &= ~mask;
1037                 break;
1038         }
1039 done:
1040         return ret;
1041 }
1042
1043 /**
1044  * bitmap_find_free_region - find a contiguous aligned mem region
1045  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1046  *      @bits: number of bits in the bitmap
1047  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to find
1048  *
1049  * Find a region of free (zero) bits in a @bitmap of @bits bits and
1050  * allocate them (set them to one).  Only consider regions of length
1051  * a power (@order) of two, aligned to that power of two, which
1052  * makes the search algorithm much faster.
1053  *
1054  * Return the bit offset in bitmap of the allocated region,
1055  * or -errno on failure.
1056  */
1057 int bitmap_find_free_region(unsigned long *bitmap, unsigned int bits, int order)
1058 {
1059         unsigned int pos, end;          /* scans bitmap by regions of size order */
1060
1061         for (pos = 0 ; (end = pos + (1U << order)) <= bits; pos = end) {
1062                 if (!__reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ISFREE))
1063                         continue;
1064                 __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ALLOC);
1065                 return pos;
1066         }
1067         return -ENOMEM;
1068 }
1069 EXPORT_SYMBOL(bitmap_find_free_region);
1070
1071 /**
1072  * bitmap_release_region - release allocated bitmap region
1073  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1074  *      @pos: beginning of bit region to release
1075  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to release
1076  *
1077  * This is the complement to __bitmap_find_free_region() and releases
1078  * the found region (by clearing it in the bitmap).
1079  *
1080  * No return value.
1081  */
1082 void bitmap_release_region(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order)
1083 {
1084         __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_RELEASE);
1085 }
1086 EXPORT_SYMBOL(bitmap_release_region);
1087
1088 /**
1089  * bitmap_allocate_region - allocate bitmap region
1090  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1091  *      @pos: beginning of bit region to allocate
1092  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to allocate
1093  *
1094  * Allocate (set bits in) a specified region of a bitmap.
1095  *
1096  * Return 0 on success, or %-EBUSY if specified region wasn't
1097  * free (not all bits were zero).
1098  */
1099 int bitmap_allocate_region(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order)
1100 {
1101         if (!__reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ISFREE))
1102                 return -EBUSY;
1103         return __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ALLOC);
1104 }
1105 EXPORT_SYMBOL(bitmap_allocate_region);
1106
1107 /**
1108  * bitmap_from_u32array - copy the contents of a u32 array of bits to bitmap
1109  *      @bitmap: array of unsigned longs, the destination bitmap, non NULL
1110  *      @nbits: number of bits in @bitmap
1111  *      @buf: array of u32 (in host byte order), the source bitmap, non NULL
1112  *      @nwords: number of u32 words in @buf
1113  *
1114  * copy min(nbits, 32*nwords) bits from @buf to @bitmap, remaining
1115  * bits between nword and nbits in @bitmap (if any) are cleared. In
1116  * last word of @bitmap, the bits beyond nbits (if any) are kept
1117  * unchanged.
1118  *
1119  * Return the number of bits effectively copied.
1120  */
1121 unsigned int
1122 bitmap_from_u32array(unsigned long *bitmap, unsigned int nbits,
1123                      const u32 *buf, unsigned int nwords)
1124 {
1125         unsigned int dst_idx, src_idx;
1126
1127         for (src_idx = dst_idx = 0; dst_idx < BITS_TO_LONGS(nbits); ++dst_idx) {
1128                 unsigned long part = 0;
1129
1130                 if (src_idx < nwords)
1131                         part = buf[src_idx++];
1132
1133 #if BITS_PER_LONG == 64
1134                 if (src_idx < nwords)
1135                         part |= ((unsigned long) buf[src_idx++]) << 32;
1136 #endif
1137
1138                 if (dst_idx < nbits/BITS_PER_LONG)
1139                         bitmap[dst_idx] = part;
1140                 else {
1141                         unsigned long mask = BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
1142
1143                         bitmap[dst_idx] = (bitmap[dst_idx] & ~mask)
1144                                 | (part & mask);
1145                 }
1146         }
1147
1148         return min_t(unsigned int, nbits, 32*nwords);
1149 }
1150 EXPORT_SYMBOL(bitmap_from_u32array);
1151
1152 /**
1153  * bitmap_to_u32array - copy the contents of bitmap to a u32 array of bits
1154  *      @buf: array of u32 (in host byte order), the dest bitmap, non NULL
1155  *      @nwords: number of u32 words in @buf
1156  *      @bitmap: array of unsigned longs, the source bitmap, non NULL
1157  *      @nbits: number of bits in @bitmap
1158  *
1159  * copy min(nbits, 32*nwords) bits from @bitmap to @buf. Remaining
1160  * bits after nbits in @buf (if any) are cleared.
1161  *
1162  * Return the number of bits effectively copied.
1163  */
1164 unsigned int
1165 bitmap_to_u32array(u32 *buf, unsigned int nwords,
1166                    const unsigned long *bitmap, unsigned int nbits)
1167 {
1168         unsigned int dst_idx = 0, src_idx = 0;
1169
1170         while (dst_idx < nwords) {
1171                 unsigned long part = 0;
1172
1173                 if (src_idx < BITS_TO_LONGS(nbits)) {
1174                         part = bitmap[src_idx];
1175                         if (src_idx >= nbits/BITS_PER_LONG)
1176                                 part &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
1177                         src_idx++;
1178                 }
1179
1180                 buf[dst_idx++] = part & 0xffffffffUL;
1181
1182 #if BITS_PER_LONG == 64
1183                 if (dst_idx < nwords) {
1184                         part >>= 32;
1185                         buf[dst_idx++] = part & 0xffffffffUL;
1186                 }
1187 #endif
1188         }
1189
1190         return min_t(unsigned int, nbits, 32*nwords);
1191 }
1192 EXPORT_SYMBOL(bitmap_to_u32array);
1193
1194 /**
1195  * bitmap_copy_le - copy a bitmap, putting the bits into little-endian order.
1196  * @dst:   destination buffer
1197  * @src:   bitmap to copy
1198  * @nbits: number of bits in the bitmap
1199  *
1200  * Require nbits % BITS_PER_LONG == 0.
1201  */
1202 #ifdef __BIG_ENDIAN
1203 void bitmap_copy_le(unsigned long *dst, const unsigned long *src, unsigned int nbits)
1204 {
1205         unsigned int i;
1206
1207         for (i = 0; i < nbits/BITS_PER_LONG; i++) {
1208                 if (BITS_PER_LONG == 64)
1209                         dst[i] = cpu_to_le64(src[i]);
1210                 else
1211                         dst[i] = cpu_to_le32(src[i]);
1212         }
1213 }
1214 EXPORT_SYMBOL(bitmap_copy_le);
1215 #endif
1216
1217 unsigned long *bitmap_alloc(unsigned int nbits, gfp_t flags)
1218 {
1219         return kmalloc_array(BITS_TO_LONGS(nbits), sizeof(unsigned long),
1220                              flags);
1221 }
1222 EXPORT_SYMBOL(bitmap_alloc);
1223
1224 unsigned long *bitmap_zalloc(unsigned int nbits, gfp_t flags)
1225 {
1226         return bitmap_alloc(nbits, flags | __GFP_ZERO);
1227 }
1228 EXPORT_SYMBOL(bitmap_zalloc);
1229
1230 void bitmap_free(const unsigned long *bitmap)
1231 {
1232         kfree(bitmap);
1233 }
1234 EXPORT_SYMBOL(bitmap_free);