drivers/net/mlx5/mlx5_mr.c

   1 /* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2  * Copyright 2016 6WIND S.A.
   3  * Copyright 2016 Mellanox Technologies, Ltd
   4  */
   5
   6 #ifdef PEDANTIC
   7 #pragma GCC diagnostic ignored "-Wpedantic"
   8 #endif
   9 #include <infiniband/verbs.h>
  10 #ifdef PEDANTIC
  11 #pragma GCC diagnostic error "-Wpedantic"
  12 #endif
  13
  14 #include <rte_eal_memconfig.h>
  15 #include <rte_mempool.h>
  16 #include <rte_malloc.h>
  17 #include <rte_rwlock.h>
  18 #include <rte_bus_pci.h>
  19
  20 #include <mlx5_glue.h>
  21
  22 #include "mlx5.h"
  23 #include "mlx5_mr.h"
  24 #include "mlx5_rxtx.h"
  25
  26 struct mr_find_contig_memsegs_data {
  27         uintptr_t addr;
  28         uintptr_t start;
  29         uintptr_t end;
  30         const struct rte_memseg_list *msl;
  31 };
  32
  33 struct mr_update_mp_data {
  34         struct rte_eth_dev *dev;
  35         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl;
  36         int ret;
  37 };
  38
  39 /**
  40  * Expand B-tree table to a given size. Can't be called with holding
  41  * memory_hotplug_lock or sh->mr.rwlock due to rte_realloc().
  42  *
  43  * @param bt
  44  *   Pointer to B-tree structure.
  45  * @param n
  46  *   Number of entries for expansion.
  47  *
  48  * @return
  49  *   0 on success, -1 on failure.
  50  */
  51 static int
  52 mr_btree_expand(struct mlx5_mr_btree *bt, int n)
  53 {
  54         void *mem;
  55         int ret = 0;
  56
  57         if (n <= bt->size)
  58                 return ret;
  59         /*
  60          * Downside of directly using rte_realloc() is that SOCKET_ID_ANY is
  61          * used inside if there's no room to expand. Because this is a quite
  62          * rare case and a part of very slow path, it is very acceptable.
  63          * Initially cache_bh[] will be given practically enough space and once
  64          * it is expanded, expansion wouldn't be needed again ever.
  65          */
  66         mem = rte_realloc(bt->table, n * sizeof(struct mlx5_mr_cache), 0);
  67         if (mem == NULL) {
  68                 /* Not an error, B-tree search will be skipped. */
  69                 DRV_LOG(WARNING, "failed to expand MR B-tree (%p) table",
  70                         (void *)bt);
  71                 ret = -1;
  72         } else {
  73                 DRV_LOG(DEBUG, "expanded MR B-tree table (size=%u)", n);
  74                 bt->table = mem;
  75                 bt->size = n;
  76         }
  77         return ret;
  78 }
  79
  80 /**
  81  * Look up LKey from given B-tree lookup table, store the last index and return
  82  * searched LKey.
  83  *
  84  * @param bt
  85  *   Pointer to B-tree structure.
  86  * @param[out] idx
  87  *   Pointer to index. Even on search failure, returns index where it stops
  88  *   searching so that index can be used when inserting a new entry.
  89  * @param addr
  90  *   Search key.
  91  *
  92  * @return
  93  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
  94  */
  95 static uint32_t
  96 mr_btree_lookup(struct mlx5_mr_btree *bt, uint16_t *idx, uintptr_t addr)
  97 {
  98         struct mlx5_mr_cache *lkp_tbl;
  99         uint16_t n;
 100         uint16_t base = 0;
 101
 102         assert(bt != NULL);
 103         lkp_tbl = *bt->table;
 104         n = bt->len;
 105         /* First entry must be NULL for comparison. */
 106         assert(bt->len > 0 || (lkp_tbl[0].start == 0 &&
 107                                lkp_tbl[0].lkey == UINT32_MAX));
 108         /* Binary search. */
 109         do {
 110                 register uint16_t delta = n >> 1;
 111
 112                 if (addr < lkp_tbl[base + delta].start) {
 113                         n = delta;
 114                 } else {
 115                         base += delta;
 116                         n -= delta;
 117                 }
 118         } while (n > 1);
 119         assert(addr >= lkp_tbl[base].start);
 120         *idx = base;
 121         if (addr < lkp_tbl[base].end)
 122                 return lkp_tbl[base].lkey;
 123         /* Not found. */
 124         return UINT32_MAX;
 125 }
 126
 127 /**
 128  * Insert an entry to B-tree lookup table.
 129  *
 130  * @param bt
 131  *   Pointer to B-tree structure.
 132  * @param entry
 133  *   Pointer to new entry to insert.
 134  *
 135  * @return
 136  *   0 on success, -1 on failure.
 137  */
 138 static int
 139 mr_btree_insert(struct mlx5_mr_btree *bt, struct mlx5_mr_cache *entry)
 140 {
 141         struct mlx5_mr_cache *lkp_tbl;
 142         uint16_t idx = 0;
 143         size_t shift;
 144
 145         assert(bt != NULL);
 146         assert(bt->len <= bt->size);
 147         assert(bt->len > 0);
 148         lkp_tbl = *bt->table;
 149         /* Find out the slot for insertion. */
 150         if (mr_btree_lookup(bt, &idx, entry->start) != UINT32_MAX) {
 151                 DRV_LOG(DEBUG,
 152                         "abort insertion to B-tree(%p): already exist at"
 153                         " idx=%u [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR ") lkey=0x%x",
 154                         (void *)bt, idx, entry->start, entry->end, entry->lkey);
 155                 /* Already exist, return. */
 156                 return 0;
 157         }
 158         /* If table is full, return error. */
 159         if (unlikely(bt->len == bt->size)) {
 160                 bt->overflow = 1;
 161                 return -1;
 162         }
 163         /* Insert entry. */
 164         ++idx;
 165         shift = (bt->len - idx) * sizeof(struct mlx5_mr_cache);
 166         if (shift)
 167                 memmove(&lkp_tbl[idx + 1], &lkp_tbl[idx], shift);
 168         lkp_tbl[idx] = *entry;
 169         bt->len++;
 170         DRV_LOG(DEBUG,
 171                 "inserted B-tree(%p)[%u],"
 172                 " [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR ") lkey=0x%x",
 173                 (void *)bt, idx, entry->start, entry->end, entry->lkey);
 174         return 0;
 175 }
 176
 177 /**
 178  * Initialize B-tree and allocate memory for lookup table.
 179  *
 180  * @param bt
 181  *   Pointer to B-tree structure.
 182  * @param n
 183  *   Number of entries to allocate.
 184  * @param socket
 185  *   NUMA socket on which memory must be allocated.
 186  *
 187  * @return
 188  *   0 on success, a negative errno value otherwise and rte_errno is set.
 189  */
 190 int
 191 mlx5_mr_btree_init(struct mlx5_mr_btree *bt, int n, int socket)
 192 {
 193         if (bt == NULL) {
 194                 rte_errno = EINVAL;
 195                 return -rte_errno;
 196         }
 197         assert(!bt->table && !bt->size);
 198         memset(bt, 0, sizeof(*bt));
 199         bt->table = rte_calloc_socket("B-tree table",
 200                                       n, sizeof(struct mlx5_mr_cache),
 201                                       0, socket);
 202         if (bt->table == NULL) {
 203                 rte_errno = ENOMEM;
 204                 DEBUG("failed to allocate memory for btree cache on socket %d",
 205                       socket);
 206                 return -rte_errno;
 207         }
 208         bt->size = n;
 209         /* First entry must be NULL for binary search. */
 210         (*bt->table)[bt->len++] = (struct mlx5_mr_cache) {
 211                 .lkey = UINT32_MAX,
 212         };
 213         DEBUG("initialized B-tree %p with table %p",
 214               (void *)bt, (void *)bt->table);
 215         return 0;
 216 }
 217
 218 /**
 219  * Free B-tree resources.
 220  *
 221  * @param bt
 222  *   Pointer to B-tree structure.
 223  */
 224 void
 225 mlx5_mr_btree_free(struct mlx5_mr_btree *bt)
 226 {
 227         if (bt == NULL)
 228                 return;
 229         DEBUG("freeing B-tree %p with table %p",
 230               (void *)bt, (void *)bt->table);
 231         rte_free(bt->table);
 232         memset(bt, 0, sizeof(*bt));
 233 }
 234
 235 /**
 236  * Dump all the entries in a B-tree
 237  *
 238  * @param bt
 239  *   Pointer to B-tree structure.
 240  */
 241 void
 242 mlx5_mr_btree_dump(struct mlx5_mr_btree *bt __rte_unused)
 243 {
 244 #ifndef NDEBUG
 245         int idx;
 246         struct mlx5_mr_cache *lkp_tbl;
 247
 248         if (bt == NULL)
 249                 return;
 250         lkp_tbl = *bt->table;
 251         for (idx = 0; idx < bt->len; ++idx) {
 252                 struct mlx5_mr_cache *entry = &lkp_tbl[idx];
 253
 254                 DEBUG("B-tree(%p)[%u],"
 255                       " [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR ") lkey=0x%x",
 256                       (void *)bt, idx, entry->start, entry->end, entry->lkey);
 257         }
 258 #endif
 259 }
 260
 261 /**
 262  * Find virtually contiguous memory chunk in a given MR.
 263  *
 264  * @param dev
 265  *   Pointer to MR structure.
 266  * @param[out] entry
 267  *   Pointer to returning MR cache entry. If not found, this will not be
 268  *   updated.
 269  * @param start_idx
 270  *   Start index of the memseg bitmap.
 271  *
 272  * @return
 273  *   Next index to go on lookup.
 274  */
 275 static int
 276 mr_find_next_chunk(struct mlx5_mr *mr, struct mlx5_mr_cache *entry,
 277                    int base_idx)
 278 {
 279         uintptr_t start = 0;
 280         uintptr_t end = 0;
 281         uint32_t idx = 0;
 282
 283         /* MR for external memory doesn't have memseg list. */
 284         if (mr->msl == NULL) {
 285                 struct ibv_mr *ibv_mr = mr->ibv_mr;
 286
 287                 assert(mr->ms_bmp_n == 1);
 288                 assert(mr->ms_n == 1);
 289                 assert(base_idx == 0);
 290                 /*
 291                  * Can't search it from memseg list but get it directly from
 292                  * verbs MR as there's only one chunk.
 293                  */
 294                 entry->start = (uintptr_t)ibv_mr->addr;
 295                 entry->end = (uintptr_t)ibv_mr->addr + mr->ibv_mr->length;
 296                 entry->lkey = rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey);
 297                 /* Returning 1 ends iteration. */
 298                 return 1;
 299         }
 300         for (idx = base_idx; idx < mr->ms_bmp_n; ++idx) {
 301                 if (rte_bitmap_get(mr->ms_bmp, idx)) {
 302                         const struct rte_memseg_list *msl;
 303                         const struct rte_memseg *ms;
 304
 305                         msl = mr->msl;
 306                         ms = rte_fbarray_get(&msl->memseg_arr,
 307                                              mr->ms_base_idx + idx);
 308                         assert(msl->page_sz == ms->hugepage_sz);
 309                         if (!start)
 310                                 start = ms->addr_64;
 311                         end = ms->addr_64 + ms->hugepage_sz;
 312                 } else if (start) {
 313                         /* Passed the end of a fragment. */
 314                         break;
 315                 }
 316         }
 317         if (start) {
 318                 /* Found one chunk. */
 319                 entry->start = start;
 320                 entry->end = end;
 321                 entry->lkey = rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey);
 322         }
 323         return idx;
 324 }
 325
 326 /**
 327  * Insert a MR to the global B-tree cache. It may fail due to low-on-memory.
 328  * Then, this entry will have to be searched by mr_lookup_dev_list() in
 329  * mlx5_mr_create() on miss.
 330  *
 331  * @param dev
 332  *   Pointer to Ethernet device shared context.
 333  * @param mr
 334  *   Pointer to MR to insert.
 335  *
 336  * @return
 337  *   0 on success, -1 on failure.
 338  */
 339 static int
 340 mr_insert_dev_cache(struct mlx5_ibv_shared *sh, struct mlx5_mr *mr)
 341 {
 342         unsigned int n;
 343
 344         DRV_LOG(DEBUG, "device %s inserting MR(%p) to global cache",
 345                 sh->ibdev_name, (void *)mr);
 346         for (n = 0; n < mr->ms_bmp_n; ) {
 347                 struct mlx5_mr_cache entry;
 348
 349                 memset(&entry, 0, sizeof(entry));
 350                 /* Find a contiguous chunk and advance the index. */
 351                 n = mr_find_next_chunk(mr, &entry, n);
 352                 if (!entry.end)
 353                         break;
 354                 if (mr_btree_insert(&sh->mr.cache, &entry) < 0) {
 355                         /*
 356                          * Overflowed, but the global table cannot be expanded
 357                          * because of deadlock.
 358                          */
 359                         return -1;
 360                 }
 361         }
 362         return 0;
 363 }
 364
 365 /**
 366  * Look up address in the original global MR list.
 367  *
 368  * @param sh
 369  *   Pointer to Ethernet device shared context.
 370  * @param[out] entry
 371  *   Pointer to returning MR cache entry. If no match, this will not be updated.
 372  * @param addr
 373  *   Search key.
 374  *
 375  * @return
 376  *   Found MR on match, NULL otherwise.
 377  */
 378 static struct mlx5_mr *
 379 mr_lookup_dev_list(struct mlx5_ibv_shared *sh, struct mlx5_mr_cache *entry,
 380                    uintptr_t addr)
 381 {
 382         struct mlx5_mr *mr;
 383
 384         /* Iterate all the existing MRs. */
 385         LIST_FOREACH(mr, &sh->mr.mr_list, mr) {
 386                 unsigned int n;
 387
 388                 if (mr->ms_n == 0)
 389                         continue;
 390                 for (n = 0; n < mr->ms_bmp_n; ) {
 391                         struct mlx5_mr_cache ret;
 392
 393                         memset(&ret, 0, sizeof(ret));
 394                         n = mr_find_next_chunk(mr, &ret, n);
 395                         if (addr >= ret.start && addr < ret.end) {
 396                                 /* Found. */
 397                                 *entry = ret;
 398                                 return mr;
 399                         }
 400                 }
 401         }
 402         return NULL;
 403 }
 404
 405 /**
 406  * Look up address on device.
 407  *
 408  * @param dev
 409  *   Pointer to Ethernet device shared context.
 410  * @param[out] entry
 411  *   Pointer to returning MR cache entry. If no match, this will not be updated.
 412  * @param addr
 413  *   Search key.
 414  *
 415  * @return
 416  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on failure and rte_errno is set.
 417  */
 418 static uint32_t
 419 mr_lookup_dev(struct mlx5_ibv_shared *sh, struct mlx5_mr_cache *entry,
 420               uintptr_t addr)
 421 {
 422         uint16_t idx;
 423         uint32_t lkey = UINT32_MAX;
 424         struct mlx5_mr *mr;
 425
 426         /*
 427          * If the global cache has overflowed since it failed to expand the
 428          * B-tree table, it can't have all the existing MRs. Then, the address
 429          * has to be searched by traversing the original MR list instead, which
 430          * is very slow path. Otherwise, the global cache is all inclusive.
 431          */
 432         if (!unlikely(sh->mr.cache.overflow)) {
 433                 lkey = mr_btree_lookup(&sh->mr.cache, &idx, addr);
 434                 if (lkey != UINT32_MAX)
 435                         *entry = (*sh->mr.cache.table)[idx];
 436         } else {
 437                 /* Falling back to the slowest path. */
 438                 mr = mr_lookup_dev_list(sh, entry, addr);
 439                 if (mr != NULL)
 440                         lkey = entry->lkey;
 441         }
 442         assert(lkey == UINT32_MAX || (addr >= entry->start &&
 443                                       addr < entry->end));
 444         return lkey;
 445 }
 446
 447 /**
 448  * Free MR resources. MR lock must not be held to avoid a deadlock. rte_free()
 449  * can raise memory free event and the callback function will spin on the lock.
 450  *
 451  * @param mr
 452  *   Pointer to MR to free.
 453  */
 454 static void
 455 mr_free(struct mlx5_mr *mr)
 456 {
 457         if (mr == NULL)
 458                 return;
 459         DRV_LOG(DEBUG, "freeing MR(%p):", (void *)mr);
 460         if (mr->ibv_mr != NULL)
 461                 claim_zero(mlx5_glue->dereg_mr(mr->ibv_mr));
 462         if (mr->ms_bmp != NULL)
 463                 rte_bitmap_free(mr->ms_bmp);
 464         rte_free(mr);
 465 }
 466
 467 /**
 468  * Release resources of detached MR having no online entry.
 469  *
 470  * @param sh
 471  *   Pointer to Ethernet device shared context.
 472  */
 473 static void
 474 mlx5_mr_garbage_collect(struct mlx5_ibv_shared *sh)
 475 {
 476         struct mlx5_mr *mr_next;
 477         struct mlx5_mr_list free_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(free_list);
 478
 479         /* Must be called from the primary process. */
 480         assert(rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY);
 481         /*
 482          * MR can't be freed with holding the lock because rte_free() could call
 483          * memory free callback function. This will be a deadlock situation.
 484          */
 485         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
 486         /* Detach the whole free list and release it after unlocking. */
 487         free_list = sh->mr.mr_free_list;
 488         LIST_INIT(&sh->mr.mr_free_list);
 489         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
 490         /* Release resources. */
 491         mr_next = LIST_FIRST(&free_list);
 492         while (mr_next != NULL) {
 493                 struct mlx5_mr *mr = mr_next;
 494
 495                 mr_next = LIST_NEXT(mr, mr);
 496                 mr_free(mr);
 497         }
 498 }
 499
 500 /* Called during rte_memseg_contig_walk() by mlx5_mr_create(). */
 501 static int
 502 mr_find_contig_memsegs_cb(const struct rte_memseg_list *msl,
 503                           const struct rte_memseg *ms, size_t len, void *arg)
 504 {
 505         struct mr_find_contig_memsegs_data *data = arg;
 506
 507         if (data->addr < ms->addr_64 || data->addr >= ms->addr_64 + len)
 508                 return 0;
 509         /* Found, save it and stop walking. */
 510         data->start = ms->addr_64;
 511         data->end = ms->addr_64 + len;
 512         data->msl = msl;
 513         return 1;
 514 }
 515
 516 /**
 517  * Create a new global Memory Region (MR) for a missing virtual address.
 518  * This API should be called on a secondary process, then a request is sent to
 519  * the primary process in order to create a MR for the address. As the global MR
 520  * list is on the shared memory, following LKey lookup should succeed unless the
 521  * request fails.
 522  *
 523  * @param dev
 524  *   Pointer to Ethernet device.
 525  * @param[out] entry
 526  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
 527  *   created. If failed to create one, this will not be updated.
 528  * @param addr
 529  *   Target virtual address to register.
 530  *
 531  * @return
 532  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on failure and rte_errno is set.
 533  */
 534 static uint32_t
 535 mlx5_mr_create_secondary(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_cache *entry,
 536                          uintptr_t addr)
 537 {
 538         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
 539         int ret;
 540
 541         DEBUG("port %u requesting MR creation for address (%p)",
 542               dev->data->port_id, (void *)addr);
 543         ret = mlx5_mp_req_mr_create(dev, addr);
 544         if (ret) {
 545                 DEBUG("port %u fail to request MR creation for address (%p)",
 546                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 547                 return UINT32_MAX;
 548         }
 549         rte_rwlock_read_lock(&priv->sh->mr.rwlock);
 550         /* Fill in output data. */
 551         mr_lookup_dev(priv->sh, entry, addr);
 552         /* Lookup can't fail. */
 553         assert(entry->lkey != UINT32_MAX);
 554         rte_rwlock_read_unlock(&priv->sh->mr.rwlock);
 555         DEBUG("port %u MR CREATED by primary process for %p:\n"
 556               "  [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "), lkey=0x%x",
 557               dev->data->port_id, (void *)addr,
 558               entry->start, entry->end, entry->lkey);
 559         return entry->lkey;
 560 }
 561
 562 /**
 563  * Create a new global Memory Region (MR) for a missing virtual address.
 564  * Register entire virtually contiguous memory chunk around the address.
 565  * This must be called from the primary process.
 566  *
 567  * @param dev
 568  *   Pointer to Ethernet device.
 569  * @param[out] entry
 570  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
 571  *   created. If failed to create one, this will not be updated.
 572  * @param addr
 573  *   Target virtual address to register.
 574  *
 575  * @return
 576  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on failure and rte_errno is set.
 577  */
 578 uint32_t
 579 mlx5_mr_create_primary(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_cache *entry,
 580                        uintptr_t addr)
 581 {
 582         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
 583         struct mlx5_ibv_shared *sh = priv->sh;
 584         struct mlx5_dev_config *config = &priv->config;
 585         const struct rte_memseg_list *msl;
 586         const struct rte_memseg *ms;
 587         struct mlx5_mr *mr = NULL;
 588         size_t len;
 589         uint32_t ms_n;
 590         uint32_t bmp_size;
 591         void *bmp_mem;
 592         int ms_idx_shift = -1;
 593         unsigned int n;
 594         struct mr_find_contig_memsegs_data data = {
 595                 .addr = addr,
 596         };
 597         struct mr_find_contig_memsegs_data data_re;
 598
 599         DRV_LOG(DEBUG, "port %u creating a MR using address (%p)",
 600                 dev->data->port_id, (void *)addr);
 601         /*
 602          * Release detached MRs if any. This can't be called with holding either
 603          * memory_hotplug_lock or sh->mr.rwlock. MRs on the free list have
 604          * been detached by the memory free event but it couldn't be released
 605          * inside the callback due to deadlock. As a result, releasing resources
 606          * is quite opportunistic.
 607          */
 608         mlx5_mr_garbage_collect(sh);
 609         /*
 610          * If enabled, find out a contiguous virtual address chunk in use, to
 611          * which the given address belongs, in order to register maximum range.
 612          * In the best case where mempools are not dynamically recreated and
 613          * '--socket-mem' is specified as an EAL option, it is very likely to
 614          * have only one MR(LKey) per a socket and per a hugepage-size even
 615          * though the system memory is highly fragmented. As the whole memory
 616          * chunk will be pinned by kernel, it can't be reused unless entire
 617          * chunk is freed from EAL.
 618          *
 619          * If disabled, just register one memseg (page). Then, memory
 620          * consumption will be minimized but it may drop performance if there
 621          * are many MRs to lookup on the datapath.
 622          */
 623         if (!config->mr_ext_memseg_en) {
 624                 data.msl = rte_mem_virt2memseg_list((void *)addr);
 625                 data.start = RTE_ALIGN_FLOOR(addr, data.msl->page_sz);
 626                 data.end = data.start + data.msl->page_sz;
 627         } else if (!rte_memseg_contig_walk(mr_find_contig_memsegs_cb, &data)) {
 628                 DRV_LOG(WARNING,
 629                         "port %u unable to find virtually contiguous"
 630                         " chunk for address (%p)."
 631                         " rte_memseg_contig_walk() failed.",
 632                         dev->data->port_id, (void *)addr);
 633                 rte_errno = ENXIO;
 634                 goto err_nolock;
 635         }
 636 alloc_resources:
 637         /* Addresses must be page-aligned. */
 638         assert(rte_is_aligned((void *)data.start, data.msl->page_sz));
 639         assert(rte_is_aligned((void *)data.end, data.msl->page_sz));
 640         msl = data.msl;
 641         ms = rte_mem_virt2memseg((void *)data.start, msl);
 642         len = data.end - data.start;
 643         assert(msl->page_sz == ms->hugepage_sz);
 644         /* Number of memsegs in the range. */
 645         ms_n = len / msl->page_sz;
 646         DEBUG("port %u extending %p to [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "),"
 647               " page_sz=0x%" PRIx64 ", ms_n=%u",
 648               dev->data->port_id, (void *)addr,
 649               data.start, data.end, msl->page_sz, ms_n);
 650         /* Size of memory for bitmap. */
 651         bmp_size = rte_bitmap_get_memory_footprint(ms_n);
 652         mr = rte_zmalloc_socket(NULL,
 653                                 RTE_ALIGN_CEIL(sizeof(*mr),
 654                                                RTE_CACHE_LINE_SIZE) +
 655                                 bmp_size,
 656                                 RTE_CACHE_LINE_SIZE, msl->socket_id);
 657         if (mr == NULL) {
 658                 DEBUG("port %u unable to allocate memory for a new MR of"
 659                       " address (%p).",
 660                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 661                 rte_errno = ENOMEM;
 662                 goto err_nolock;
 663         }
 664         mr->msl = msl;
 665         /*
 666          * Save the index of the first memseg and initialize memseg bitmap. To
 667          * see if a memseg of ms_idx in the memseg-list is still valid, check:
 668          *      rte_bitmap_get(mr->bmp, ms_idx - mr->ms_base_idx)
 669          */
 670         mr->ms_base_idx = rte_fbarray_find_idx(&msl->memseg_arr, ms);
 671         bmp_mem = RTE_PTR_ALIGN_CEIL(mr + 1, RTE_CACHE_LINE_SIZE);
 672         mr->ms_bmp = rte_bitmap_init(ms_n, bmp_mem, bmp_size);
 673         if (mr->ms_bmp == NULL) {
 674                 DEBUG("port %u unable to initialize bitmap for a new MR of"
 675                       " address (%p).",
 676                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 677                 rte_errno = EINVAL;
 678                 goto err_nolock;
 679         }
 680         /*
 681          * Should recheck whether the extended contiguous chunk is still valid.
 682          * Because memory_hotplug_lock can't be held if there's any memory
 683          * related calls in a critical path, resource allocation above can't be
 684          * locked. If the memory has been changed at this point, try again with
 685          * just single page. If not, go on with the big chunk atomically from
 686          * here.
 687          */
 688         rte_mcfg_mem_read_lock();
 689         data_re = data;
 690         if (len > msl->page_sz &&
 691             !rte_memseg_contig_walk(mr_find_contig_memsegs_cb, &data_re)) {
 692                 DEBUG("port %u unable to find virtually contiguous"
 693                       " chunk for address (%p)."
 694                       " rte_memseg_contig_walk() failed.",
 695                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 696                 rte_errno = ENXIO;
 697                 goto err_memlock;
 698         }
 699         if (data.start != data_re.start || data.end != data_re.end) {
 700                 /*
 701                  * The extended contiguous chunk has been changed. Try again
 702                  * with single memseg instead.
 703                  */
 704                 data.start = RTE_ALIGN_FLOOR(addr, msl->page_sz);
 705                 data.end = data.start + msl->page_sz;
 706                 rte_mcfg_mem_read_unlock();
 707                 mr_free(mr);
 708                 goto alloc_resources;
 709         }
 710         assert(data.msl == data_re.msl);
 711         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
 712         /*
 713          * Check the address is really missing. If other thread already created
 714          * one or it is not found due to overflow, abort and return.
 715          */
 716         if (mr_lookup_dev(sh, entry, addr) != UINT32_MAX) {
 717                 /*
 718                  * Insert to the global cache table. It may fail due to
 719                  * low-on-memory. Then, this entry will have to be searched
 720                  * here again.
 721                  */
 722                 mr_btree_insert(&sh->mr.cache, entry);
 723                 DEBUG("port %u found MR for %p on final lookup, abort",
 724                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 725                 rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
 726                 rte_mcfg_mem_read_unlock();
 727                 /*
 728                  * Must be unlocked before calling rte_free() because
 729                  * mlx5_mr_mem_event_free_cb() can be called inside.
 730                  */
 731                 mr_free(mr);
 732                 return entry->lkey;
 733         }
 734         /*
 735          * Trim start and end addresses for verbs MR. Set bits for registering
 736          * memsegs but exclude already registered ones. Bitmap can be
 737          * fragmented.
 738          */
 739         for (n = 0; n < ms_n; ++n) {
 740                 uintptr_t start;
 741                 struct mlx5_mr_cache ret;
 742
 743                 memset(&ret, 0, sizeof(ret));
 744                 start = data_re.start + n * msl->page_sz;
 745                 /* Exclude memsegs already registered by other MRs. */
 746                 if (mr_lookup_dev(sh, &ret, start) == UINT32_MAX) {
 747                         /*
 748                          * Start from the first unregistered memseg in the
 749                          * extended range.
 750                          */
 751                         if (ms_idx_shift == -1) {
 752                                 mr->ms_base_idx += n;
 753                                 data.start = start;
 754                                 ms_idx_shift = n;
 755                         }
 756                         data.end = start + msl->page_sz;
 757                         rte_bitmap_set(mr->ms_bmp, n - ms_idx_shift);
 758                         ++mr->ms_n;
 759                 }
 760         }
 761         len = data.end - data.start;
 762         mr->ms_bmp_n = len / msl->page_sz;
 763         assert(ms_idx_shift + mr->ms_bmp_n <= ms_n);
 764         /*
 765          * Finally create a verbs MR for the memory chunk. ibv_reg_mr() can be
 766          * called with holding the memory lock because it doesn't use
 767          * mlx5_alloc_buf_extern() which eventually calls rte_malloc_socket()
 768          * through mlx5_alloc_verbs_buf().
 769          */
 770         mr->ibv_mr = mlx5_glue->reg_mr(sh->pd, (void *)data.start, len,
 771                                        IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
 772         if (mr->ibv_mr == NULL) {
 773                 DEBUG("port %u fail to create a verbs MR for address (%p)",
 774                       dev->data->port_id, (void *)addr);
 775                 rte_errno = EINVAL;
 776                 goto err_mrlock;
 777         }
 778         assert((uintptr_t)mr->ibv_mr->addr == data.start);
 779         assert(mr->ibv_mr->length == len);
 780         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
 781         DEBUG("port %u MR CREATED (%p) for %p:\n"
 782               "  [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "),"
 783               " lkey=0x%x base_idx=%u ms_n=%u, ms_bmp_n=%u",
 784               dev->data->port_id, (void *)mr, (void *)addr,
 785               data.start, data.end, rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
 786               mr->ms_base_idx, mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
 787         /* Insert to the global cache table. */
 788         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
 789         /* Fill in output data. */
 790         mr_lookup_dev(sh, entry, addr);
 791         /* Lookup can't fail. */
 792         assert(entry->lkey != UINT32_MAX);
 793         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
 794         rte_mcfg_mem_read_unlock();
 795         return entry->lkey;
 796 err_mrlock:
 797         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
 798 err_memlock:
 799         rte_mcfg_mem_read_unlock();
 800 err_nolock:
 801         /*
 802          * In case of error, as this can be called in a datapath, a warning
 803          * message per an error is preferable instead. Must be unlocked before
 804          * calling rte_free() because mlx5_mr_mem_event_free_cb() can be called
 805          * inside.
 806          */
 807         mr_free(mr);
 808         return UINT32_MAX;
 809 }
 810
 811 /**
 812  * Create a new global Memory Region (MR) for a missing virtual address.
 813  * This can be called from primary and secondary process.
 814  *
 815  * @param dev
 816  *   Pointer to Ethernet device.
 817  * @param[out] entry
 818  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
 819  *   created. If failed to create one, this will not be updated.
 820  * @param addr
 821  *   Target virtual address to register.
 822  *
 823  * @return
 824  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on failure and rte_errno is set.
 825  */
 826 static uint32_t
 827 mlx5_mr_create(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_cache *entry,
 828                uintptr_t addr)
 829 {
 830         uint32_t ret = 0;
 831
 832         switch (rte_eal_process_type()) {
 833         case RTE_PROC_PRIMARY:
 834                 ret = mlx5_mr_create_primary(dev, entry, addr);
 835                 break;
 836         case RTE_PROC_SECONDARY:
 837                 ret = mlx5_mr_create_secondary(dev, entry, addr);
 838                 break;
 839         default:
 840                 break;
 841         }
 842         return ret;
 843 }
 844
 845 /**
 846  * Rebuild the global B-tree cache of device from the original MR list.
 847  *
 848  * @param sh
 849  *   Pointer to Ethernet device shared context.
 850  */
 851 static void
 852 mr_rebuild_dev_cache(struct mlx5_ibv_shared *sh)
 853 {
 854         struct mlx5_mr *mr;
 855
 856         DRV_LOG(DEBUG, "device %s rebuild dev cache[]", sh->ibdev_name);
 857         /* Flush cache to rebuild. */
 858         sh->mr.cache.len = 1;
 859         sh->mr.cache.overflow = 0;
 860         /* Iterate all the existing MRs. */
 861         LIST_FOREACH(mr, &sh->mr.mr_list, mr)
 862                 if (mr_insert_dev_cache(sh, mr) < 0)
 863                         return;
 864 }
 865
 866 /**
 867  * Callback for memory free event. Iterate freed memsegs and check whether it
 868  * belongs to an existing MR. If found, clear the bit from bitmap of MR. As a
 869  * result, the MR would be fragmented. If it becomes empty, the MR will be freed
 870  * later by mlx5_mr_garbage_collect(). Even if this callback is called from a
 871  * secondary process, the garbage collector will be called in primary process
 872  * as the secondary process can't call mlx5_mr_create().
 873  *
 874  * The global cache must be rebuilt if there's any change and this event has to
 875  * be propagated to dataplane threads to flush the local caches.
 876  *
 877  * @param sh
 878  *   Pointer to the Ethernet device shared context.
 879  * @param addr
 880  *   Address of freed memory.
 881  * @param len
 882  *   Size of freed memory.
 883  */
 884 static void
 885 mlx5_mr_mem_event_free_cb(struct mlx5_ibv_shared *sh,
 886                           const void *addr, size_t len)
 887 {
 888         const struct rte_memseg_list *msl;
 889         struct mlx5_mr *mr;
 890         int ms_n;
 891         int i;
 892         int rebuild = 0;
 893
 894         DEBUG("device %s free callback: addr=%p, len=%zu",
 895               sh->ibdev_name, addr, len);
 896         msl = rte_mem_virt2memseg_list(addr);
 897         /* addr and len must be page-aligned. */
 898         assert((uintptr_t)addr == RTE_ALIGN((uintptr_t)addr, msl->page_sz));
 899         assert(len == RTE_ALIGN(len, msl->page_sz));
 900         ms_n = len / msl->page_sz;
 901         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
 902         /* Clear bits of freed memsegs from MR. */
 903         for (i = 0; i < ms_n; ++i) {
 904                 const struct rte_memseg *ms;
 905                 struct mlx5_mr_cache entry;
 906                 uintptr_t start;
 907                 int ms_idx;
 908                 uint32_t pos;
 909
 910                 /* Find MR having this memseg. */
 911                 start = (uintptr_t)addr + i * msl->page_sz;
 912                 mr = mr_lookup_dev_list(sh, &entry, start);
 913                 if (mr == NULL)
 914                         continue;
 915                 assert(mr->msl); /* Can't be external memory. */
 916                 ms = rte_mem_virt2memseg((void *)start, msl);
 917                 assert(ms != NULL);
 918                 assert(msl->page_sz == ms->hugepage_sz);
 919                 ms_idx = rte_fbarray_find_idx(&msl->memseg_arr, ms);
 920                 pos = ms_idx - mr->ms_base_idx;
 921                 assert(rte_bitmap_get(mr->ms_bmp, pos));
 922                 assert(pos < mr->ms_bmp_n);
 923                 DEBUG("device %s MR(%p): clear bitmap[%u] for addr %p",
 924                       sh->ibdev_name, (void *)mr, pos, (void *)start);
 925                 rte_bitmap_clear(mr->ms_bmp, pos);
 926                 if (--mr->ms_n == 0) {
 927                         LIST_REMOVE(mr, mr);
 928                         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
 929                         DEBUG("device %s remove MR(%p) from list",
 930                               sh->ibdev_name, (void *)mr);
 931                 }
 932                 /*
 933                  * MR is fragmented or will be freed. the global cache must be
 934                  * rebuilt.
 935                  */
 936                 rebuild = 1;
 937         }
 938         if (rebuild) {
 939                 mr_rebuild_dev_cache(sh);
 940                 /*
 941                  * Flush local caches by propagating invalidation across cores.
 942                  * rte_smp_wmb() is enough to synchronize this event. If one of
 943                  * freed memsegs is seen by other core, that means the memseg
 944                  * has been allocated by allocator, which will come after this
 945                  * free call. Therefore, this store instruction (incrementing
 946                  * generation below) will be guaranteed to be seen by other core
 947                  * before the core sees the newly allocated memory.
 948                  */
 949                 ++sh->mr.dev_gen;
 950                 DEBUG("broadcasting local cache flush, gen=%d",
 951                       sh->mr.dev_gen);
 952                 rte_smp_wmb();
 953         }
 954         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
 955 }
 956
 957 /**
 958  * Callback for memory event. This can be called from both primary and secondary
 959  * process.
 960  *
 961  * @param event_type
 962  *   Memory event type.
 963  * @param addr
 964  *   Address of memory.
 965  * @param len
 966  *   Size of memory.
 967  */
 968 void
 969 mlx5_mr_mem_event_cb(enum rte_mem_event event_type, const void *addr,
 970                      size_t len, void *arg __rte_unused)
 971 {
 972         struct mlx5_ibv_shared *sh;
 973         struct mlx5_dev_list *dev_list = &mlx5_shared_data->mem_event_cb_list;
 974
 975         /* Must be called from the primary process. */
 976         assert(rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY);
 977         switch (event_type) {
 978         case RTE_MEM_EVENT_FREE:
 979                 rte_rwlock_write_lock(&mlx5_shared_data->mem_event_rwlock);
 980                 /* Iterate all the existing mlx5 devices. */
 981                 LIST_FOREACH(sh, dev_list, mem_event_cb)
 982                         mlx5_mr_mem_event_free_cb(sh, addr, len);
 983                 rte_rwlock_write_unlock(&mlx5_shared_data->mem_event_rwlock);
 984                 break;
 985         case RTE_MEM_EVENT_ALLOC:
 986         default:
 987                 break;
 988         }
 989 }
 990
 991 /**
 992  * Look up address in the global MR cache table. If not found, create a new MR.
 993  * Insert the found/created entry to local bottom-half cache table.
 994  *
 995  * @param dev
 996  *   Pointer to Ethernet device.
 997  * @param mr_ctrl
 998  *   Pointer to per-queue MR control structure.
 999  * @param[out] entry
1000  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
1001  *   created. If failed to create one, this is not written.
1002  * @param addr
1003  *   Search key.
1004  *
1005  * @return
1006  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1007  */
1008 static uint32_t
1009 mlx5_mr_lookup_dev(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1010                    struct mlx5_mr_cache *entry, uintptr_t addr)
1011 {
1012         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1013         struct mlx5_ibv_shared *sh = priv->sh;
1014         struct mlx5_mr_btree *bt = &mr_ctrl->cache_bh;
1015         uint16_t idx;
1016         uint32_t lkey;
1017
1018         /* If local cache table is full, try to double it. */
1019         if (unlikely(bt->len == bt->size))
1020                 mr_btree_expand(bt, bt->size << 1);
1021         /* Look up in the global cache. */
1022         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1023         lkey = mr_btree_lookup(&sh->mr.cache, &idx, addr);
1024         if (lkey != UINT32_MAX) {
1025                 /* Found. */
1026                 *entry = (*sh->mr.cache.table)[idx];
1027                 rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1028                 /*
1029                  * Update local cache. Even if it fails, return the found entry
1030                  * to update top-half cache. Next time, this entry will be found
1031                  * in the global cache.
1032                  */
1033                 mr_btree_insert(bt, entry);
1034                 return lkey;
1035         }
1036         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1037         /* First time to see the address? Create a new MR. */
1038         lkey = mlx5_mr_create(dev, entry, addr);
1039         /*
1040          * Update the local cache if successfully created a new global MR. Even
1041          * if failed to create one, there's no action to take in this datapath
1042          * code. As returning LKey is invalid, this will eventually make HW
1043          * fail.
1044          */
1045         if (lkey != UINT32_MAX)
1046                 mr_btree_insert(bt, entry);
1047         return lkey;
1048 }
1049
1050 /**
1051  * Bottom-half of LKey search on datapath. Firstly search in cache_bh[] and if
1052  * misses, search in the global MR cache table and update the new entry to
1053  * per-queue local caches.
1054  *
1055  * @param dev
1056  *   Pointer to Ethernet device.
1057  * @param mr_ctrl
1058  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1059  * @param addr
1060  *   Search key.
1061  *
1062  * @return
1063  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1064  */
1065 static uint32_t
1066 mlx5_mr_addr2mr_bh(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1067                    uintptr_t addr)
1068 {
1069         uint32_t lkey;
1070         uint16_t bh_idx = 0;
1071         /* Victim in top-half cache to replace with new entry. */
1072         struct mlx5_mr_cache *repl = &mr_ctrl->cache[mr_ctrl->head];
1073
1074         /* Binary-search MR translation table. */
1075         lkey = mr_btree_lookup(&mr_ctrl->cache_bh, &bh_idx, addr);
1076         /* Update top-half cache. */
1077         if (likely(lkey != UINT32_MAX)) {
1078                 *repl = (*mr_ctrl->cache_bh.table)[bh_idx];
1079         } else {
1080                 /*
1081                  * If missed in local lookup table, search in the global cache
1082                  * and local cache_bh[] will be updated inside if possible.
1083                  * Top-half cache entry will also be updated.
1084                  */
1085                 lkey = mlx5_mr_lookup_dev(dev, mr_ctrl, repl, addr);
1086                 if (unlikely(lkey == UINT32_MAX))
1087                         return UINT32_MAX;
1088         }
1089         /* Update the most recently used entry. */
1090         mr_ctrl->mru = mr_ctrl->head;
1091         /* Point to the next victim, the oldest. */
1092         mr_ctrl->head = (mr_ctrl->head + 1) % MLX5_MR_CACHE_N;
1093         return lkey;
1094 }
1095
1096 /**
1097  * Bottom-half of LKey search on Rx.
1098  *
1099  * @param rxq
1100  *   Pointer to Rx queue structure.
1101  * @param addr
1102  *   Search key.
1103  *
1104  * @return
1105  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1106  */
1107 uint32_t
1108 mlx5_rx_addr2mr_bh(struct mlx5_rxq_data *rxq, uintptr_t addr)
1109 {
1110         struct mlx5_rxq_ctrl *rxq_ctrl =
1111                 container_of(rxq, struct mlx5_rxq_ctrl, rxq);
1112         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &rxq->mr_ctrl;
1113         struct mlx5_priv *priv = rxq_ctrl->priv;
1114
1115         return mlx5_mr_addr2mr_bh(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, addr);
1116 }
1117
1118 /**
1119  * Bottom-half of LKey search on Tx.
1120  *
1121  * @param txq
1122  *   Pointer to Tx queue structure.
1123  * @param addr
1124  *   Search key.
1125  *
1126  * @return
1127  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1128  */
1129 static uint32_t
1130 mlx5_tx_addr2mr_bh(struct mlx5_txq_data *txq, uintptr_t addr)
1131 {
1132         struct mlx5_txq_ctrl *txq_ctrl =
1133                 container_of(txq, struct mlx5_txq_ctrl, txq);
1134         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &txq->mr_ctrl;
1135         struct mlx5_priv *priv = txq_ctrl->priv;
1136
1137         return mlx5_mr_addr2mr_bh(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, addr);
1138 }
1139
1140 /**
1141  * Bottom-half of LKey search on Tx. If it can't be searched in the memseg
1142  * list, register the mempool of the mbuf as externally allocated memory.
1143  *
1144  * @param txq
1145  *   Pointer to Tx queue structure.
1146  * @param mb
1147  *   Pointer to mbuf.
1148  *
1149  * @return
1150  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1151  */
1152 uint32_t
1153 mlx5_tx_mb2mr_bh(struct mlx5_txq_data *txq, struct rte_mbuf *mb)
1154 {
1155         uintptr_t addr = (uintptr_t)mb->buf_addr;
1156         uint32_t lkey;
1157
1158         lkey = mlx5_tx_addr2mr_bh(txq, addr);
1159         if (lkey == UINT32_MAX && rte_errno == ENXIO) {
1160                 /* Mempool may have externally allocated memory. */
1161                 return mlx5_tx_update_ext_mp(txq, addr, mlx5_mb2mp(mb));
1162         }
1163         return lkey;
1164 }
1165
1166 /**
1167  * Flush all of the local cache entries.
1168  *
1169  * @param mr_ctrl
1170  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1171  */
1172 void
1173 mlx5_mr_flush_local_cache(struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl)
1174 {
1175         /* Reset the most-recently-used index. */
1176         mr_ctrl->mru = 0;
1177         /* Reset the linear search array. */
1178         mr_ctrl->head = 0;
1179         memset(mr_ctrl->cache, 0, sizeof(mr_ctrl->cache));
1180         /* Reset the B-tree table. */
1181         mr_ctrl->cache_bh.len = 1;
1182         mr_ctrl->cache_bh.overflow = 0;
1183         /* Update the generation number. */
1184         mr_ctrl->cur_gen = *mr_ctrl->dev_gen_ptr;
1185         DRV_LOG(DEBUG, "mr_ctrl(%p): flushed, cur_gen=%d",
1186                 (void *)mr_ctrl, mr_ctrl->cur_gen);
1187 }
1188
1189 /**
1190  * Creates a memory region for external memory, that is memory which is not
1191  * part of the DPDK memory segments.
1192  *
1193  * @param dev
1194  *   Pointer to the ethernet device.
1195  * @param addr
1196  *   Starting virtual address of memory.
1197  * @param len
1198  *   Length of memory segment being mapped.
1199  * @param socked_id
1200  *   Socket to allocate heap memory for the control structures.
1201  *
1202  * @return
1203  *   Pointer to MR structure on success, NULL otherwise.
1204  */
1205 static struct mlx5_mr *
1206 mlx5_create_mr_ext(struct rte_eth_dev *dev, uintptr_t addr, size_t len,
1207                    int socket_id)
1208 {
1209         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1210         struct mlx5_mr *mr = NULL;
1211
1212         mr = rte_zmalloc_socket(NULL,
1213                                 RTE_ALIGN_CEIL(sizeof(*mr),
1214                                                RTE_CACHE_LINE_SIZE),
1215                                 RTE_CACHE_LINE_SIZE, socket_id);
1216         if (mr == NULL)
1217                 return NULL;
1218         mr->ibv_mr = mlx5_glue->reg_mr(priv->sh->pd, (void *)addr, len,
1219                                        IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE);
1220         if (mr->ibv_mr == NULL) {
1221                 DRV_LOG(WARNING,
1222                         "port %u fail to create a verbs MR for address (%p)",
1223                         dev->data->port_id, (void *)addr);
1224                 rte_free(mr);
1225                 return NULL;
1226         }
1227         mr->msl = NULL; /* Mark it is external memory. */
1228         mr->ms_bmp = NULL;
1229         mr->ms_n = 1;
1230         mr->ms_bmp_n = 1;
1231         DRV_LOG(DEBUG,
1232                 "port %u MR CREATED (%p) for external memory %p:\n"
1233                 "  [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "),"
1234                 " lkey=0x%x base_idx=%u ms_n=%u, ms_bmp_n=%u",
1235                 dev->data->port_id, (void *)mr, (void *)addr,
1236                 addr, addr + len, rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
1237                 mr->ms_base_idx, mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
1238         return mr;
1239 }
1240
1241 /**
1242  * Called during rte_mempool_mem_iter() by mlx5_mr_update_ext_mp().
1243  *
1244  * Externally allocated chunk is registered and a MR is created for the chunk.
1245  * The MR object is added to the global list. If memseg list of a MR object
1246  * (mr->msl) is null, the MR object can be regarded as externally allocated
1247  * memory.
1248  *
1249  * Once external memory is registered, it should be static. If the memory is
1250  * freed and the virtual address range has different physical memory mapped
1251  * again, it may cause crash on device due to the wrong translation entry. PMD
1252  * can't track the free event of the external memory for now.
1253  */
1254 static void
1255 mlx5_mr_update_ext_mp_cb(struct rte_mempool *mp, void *opaque,
1256                          struct rte_mempool_memhdr *memhdr,
1257                          unsigned mem_idx __rte_unused)
1258 {
1259         struct mr_update_mp_data *data = opaque;
1260         struct rte_eth_dev *dev = data->dev;
1261         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1262         struct mlx5_ibv_shared *sh = priv->sh;
1263         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = data->mr_ctrl;
1264         struct mlx5_mr *mr = NULL;
1265         uintptr_t addr = (uintptr_t)memhdr->addr;
1266         size_t len = memhdr->len;
1267         struct mlx5_mr_cache entry;
1268         uint32_t lkey;
1269
1270         assert(rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY);
1271         /* If already registered, it should return. */
1272         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1273         lkey = mr_lookup_dev(sh, &entry, addr);
1274         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1275         if (lkey != UINT32_MAX)
1276                 return;
1277         DRV_LOG(DEBUG, "port %u register MR for chunk #%d of mempool (%s)",
1278                 dev->data->port_id, mem_idx, mp->name);
1279         mr = mlx5_create_mr_ext(dev, addr, len, mp->socket_id);
1280         if (!mr) {
1281                 DRV_LOG(WARNING,
1282                         "port %u unable to allocate a new MR of"
1283                         " mempool (%s).",
1284                         dev->data->port_id, mp->name);
1285                 data->ret = -1;
1286                 return;
1287         }
1288         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1289         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
1290         /* Insert to the global cache table. */
1291         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
1292         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1293         /* Insert to the local cache table */
1294         mlx5_mr_addr2mr_bh(dev, mr_ctrl, addr);
1295 }
1296
1297 /**
1298  * Finds the first ethdev that match the pci device.
1299  * The existence of multiple ethdev per pci device is only with representors.
1300  * On such case, it is enough to get only one of the ports as they all share
1301  * the same ibv context.
1302  *
1303  * @param pdev
1304  *   Pointer to the PCI device.
1305  *
1306  * @return
1307  *   Pointer to the ethdev if found, NULL otherwise.
1308  */
1309 static struct rte_eth_dev *
1310 pci_dev_to_eth_dev(struct rte_pci_device *pdev)
1311 {
1312         uint16_t port_id;
1313
1314         RTE_ETH_FOREACH_DEV_OF(port_id, &pdev->device)
1315                 return &rte_eth_devices[port_id];
1316         return NULL;
1317 }
1318
1319 /**
1320  * DPDK callback to DMA map external memory to a PCI device.
1321  *
1322  * @param pdev
1323  *   Pointer to the PCI device.
1324  * @param addr
1325  *   Starting virtual address of memory to be mapped.
1326  * @param iova
1327  *   Starting IOVA address of memory to be mapped.
1328  * @param len
1329  *   Length of memory segment being mapped.
1330  *
1331  * @return
1332  *   0 on success, negative value on error.
1333  */
1334 int
1335 mlx5_dma_map(struct rte_pci_device *pdev, void *addr,
1336              uint64_t iova __rte_unused, size_t len)
1337 {
1338         struct rte_eth_dev *dev;
1339         struct mlx5_mr *mr;
1340         struct mlx5_priv *priv;
1341         struct mlx5_ibv_shared *sh;
1342
1343         dev = pci_dev_to_eth_dev(pdev);
1344         if (!dev) {
1345                 DRV_LOG(WARNING, "unable to find matching ethdev "
1346                                  "to PCI device %p", (void *)pdev);
1347                 rte_errno = ENODEV;
1348                 return -1;
1349         }
1350         priv = dev->data->dev_private;
1351         mr = mlx5_create_mr_ext(dev, (uintptr_t)addr, len, SOCKET_ID_ANY);
1352         if (!mr) {
1353                 DRV_LOG(WARNING,
1354                         "port %u unable to dma map", dev->data->port_id);
1355                 rte_errno = EINVAL;
1356                 return -1;
1357         }
1358         sh = priv->sh;
1359         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1360         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
1361         /* Insert to the global cache table. */
1362         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
1363         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1364         return 0;
1365 }
1366
1367 /**
1368  * DPDK callback to DMA unmap external memory to a PCI device.
1369  *
1370  * @param pdev
1371  *   Pointer to the PCI device.
1372  * @param addr
1373  *   Starting virtual address of memory to be unmapped.
1374  * @param iova
1375  *   Starting IOVA address of memory to be unmapped.
1376  * @param len
1377  *   Length of memory segment being unmapped.
1378  *
1379  * @return
1380  *   0 on success, negative value on error.
1381  */
1382 int
1383 mlx5_dma_unmap(struct rte_pci_device *pdev, void *addr,
1384                uint64_t iova __rte_unused, size_t len __rte_unused)
1385 {
1386         struct rte_eth_dev *dev;
1387         struct mlx5_priv *priv;
1388         struct mlx5_ibv_shared *sh;
1389         struct mlx5_mr *mr;
1390         struct mlx5_mr_cache entry;
1391
1392         dev = pci_dev_to_eth_dev(pdev);
1393         if (!dev) {
1394                 DRV_LOG(WARNING, "unable to find matching ethdev "
1395                                  "to PCI device %p", (void *)pdev);
1396                 rte_errno = ENODEV;
1397                 return -1;
1398         }
1399         priv = dev->data->dev_private;
1400         sh = priv->sh;
1401         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1402         mr = mr_lookup_dev_list(sh, &entry, (uintptr_t)addr);
1403         if (!mr) {
1404                 rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1405                 DRV_LOG(WARNING, "address 0x%" PRIxPTR " wasn't registered "
1406                                  "to PCI device %p", (uintptr_t)addr,
1407                                  (void *)pdev);
1408                 rte_errno = EINVAL;
1409                 return -1;
1410         }
1411         LIST_REMOVE(mr, mr);
1412         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
1413         DEBUG("port %u remove MR(%p) from list", dev->data->port_id,
1414               (void *)mr);
1415         mr_rebuild_dev_cache(sh);
1416         /*
1417          * Flush local caches by propagating invalidation across cores.
1418          * rte_smp_wmb() is enough to synchronize this event. If one of
1419          * freed memsegs is seen by other core, that means the memseg
1420          * has been allocated by allocator, which will come after this
1421          * free call. Therefore, this store instruction (incrementing
1422          * generation below) will be guaranteed to be seen by other core
1423          * before the core sees the newly allocated memory.
1424          */
1425         ++sh->mr.dev_gen;
1426         DEBUG("broadcasting local cache flush, gen=%d", sh->mr.dev_gen);
1427         rte_smp_wmb();
1428         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1429         return 0;
1430 }
1431
1432 /**
1433  * Register MR for entire memory chunks in a Mempool having externally allocated
1434  * memory and fill in local cache.
1435  *
1436  * @param dev
1437  *   Pointer to Ethernet device.
1438  * @param mr_ctrl
1439  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1440  * @param mp
1441  *   Pointer to registering Mempool.
1442  *
1443  * @return
1444  *   0 on success, -1 on failure.
1445  */
1446 static uint32_t
1447 mlx5_mr_update_ext_mp(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1448                       struct rte_mempool *mp)
1449 {
1450         struct mr_update_mp_data data = {
1451                 .dev = dev,
1452                 .mr_ctrl = mr_ctrl,
1453                 .ret = 0,
1454         };
1455
1456         rte_mempool_mem_iter(mp, mlx5_mr_update_ext_mp_cb, &data);
1457         return data.ret;
1458 }
1459
1460 /**
1461  * Register MR entire memory chunks in a Mempool having externally allocated
1462  * memory and search LKey of the address to return.
1463  *
1464  * @param dev
1465  *   Pointer to Ethernet device.
1466  * @param addr
1467  *   Search key.
1468  * @param mp
1469  *   Pointer to registering Mempool where addr belongs.
1470  *
1471  * @return
1472  *   LKey for address on success, UINT32_MAX on failure.
1473  */
1474 uint32_t
1475 mlx5_tx_update_ext_mp(struct mlx5_txq_data *txq, uintptr_t addr,
1476                       struct rte_mempool *mp)
1477 {
1478         struct mlx5_txq_ctrl *txq_ctrl =
1479                 container_of(txq, struct mlx5_txq_ctrl, txq);
1480         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &txq->mr_ctrl;
1481         struct mlx5_priv *priv = txq_ctrl->priv;
1482
1483         if (rte_eal_process_type() != RTE_PROC_PRIMARY) {
1484                 DRV_LOG(WARNING,
1485                         "port %u using address (%p) from unregistered mempool"
1486                         " having externally allocated memory"
1487                         " in secondary process, please create mempool"
1488                         " prior to rte_eth_dev_start()",
1489                         PORT_ID(priv), (void *)addr);
1490                 return UINT32_MAX;
1491         }
1492         mlx5_mr_update_ext_mp(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, mp);
1493         return mlx5_tx_addr2mr_bh(txq, addr);
1494 }
1495
1496 /* Called during rte_mempool_mem_iter() by mlx5_mr_update_mp(). */
1497 static void
1498 mlx5_mr_update_mp_cb(struct rte_mempool *mp __rte_unused, void *opaque,
1499                      struct rte_mempool_memhdr *memhdr,
1500                      unsigned mem_idx __rte_unused)
1501 {
1502         struct mr_update_mp_data *data = opaque;
1503         uint32_t lkey;
1504
1505         /* Stop iteration if failed in the previous walk. */
1506         if (data->ret < 0)
1507                 return;
1508         /* Register address of the chunk and update local caches. */
1509         lkey = mlx5_mr_addr2mr_bh(data->dev, data->mr_ctrl,
1510                                   (uintptr_t)memhdr->addr);
1511         if (lkey == UINT32_MAX)
1512                 data->ret = -1;
1513 }
1514
1515 /**
1516  * Register entire memory chunks in a Mempool.
1517  *
1518  * @param dev
1519  *   Pointer to Ethernet device.
1520  * @param mr_ctrl
1521  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1522  * @param mp
1523  *   Pointer to registering Mempool.
1524  *
1525  * @return
1526  *   0 on success, -1 on failure.
1527  */
1528 int
1529 mlx5_mr_update_mp(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1530                   struct rte_mempool *mp)
1531 {
1532         struct mr_update_mp_data data = {
1533                 .dev = dev,
1534                 .mr_ctrl = mr_ctrl,
1535                 .ret = 0,
1536         };
1537
1538         rte_mempool_mem_iter(mp, mlx5_mr_update_mp_cb, &data);
1539         if (data.ret < 0 && rte_errno == ENXIO) {
1540                 /* Mempool may have externally allocated memory. */
1541                 return mlx5_mr_update_ext_mp(dev, mr_ctrl, mp);
1542         }
1543         return data.ret;
1544 }
1545
1546 /**
1547  * Dump all the created MRs and the global cache entries.
1548  *
1549  * @param sh
1550  *   Pointer to Ethernet device shared context.
1551  */
1552 void
1553 mlx5_mr_dump_dev(struct mlx5_ibv_shared *sh __rte_unused)
1554 {
1555 #ifndef NDEBUG
1556         struct mlx5_mr *mr;
1557         int mr_n = 0;
1558         int chunk_n = 0;
1559
1560         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1561         /* Iterate all the existing MRs. */
1562         LIST_FOREACH(mr, &sh->mr.mr_list, mr) {
1563                 unsigned int n;
1564
1565                 DEBUG("device %s MR[%u], LKey = 0x%x, ms_n = %u, ms_bmp_n = %u",
1566                       sh->ibdev_name, mr_n++,
1567                       rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
1568                       mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
1569                 if (mr->ms_n == 0)
1570                         continue;
1571                 for (n = 0; n < mr->ms_bmp_n; ) {
1572                         struct mlx5_mr_cache ret = { 0, };
1573
1574                         n = mr_find_next_chunk(mr, &ret, n);
1575                         if (!ret.end)
1576                                 break;
1577                         DEBUG("  chunk[%u], [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR ")",
1578                               chunk_n++, ret.start, ret.end);
1579                 }
1580         }
1581         DEBUG("device %s dumping global cache", sh->ibdev_name);
1582         mlx5_mr_btree_dump(&sh->mr.cache);
1583         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1584 #endif
1585 }
1586
1587 /**
1588  * Release all the created MRs and resources for shared device context.
1589  * list.
1590  *
1591  * @param sh
1592  *   Pointer to Ethernet device shared context.
1593  */
1594 void
1595 mlx5_mr_release(struct mlx5_ibv_shared *sh)
1596 {
1597         struct mlx5_mr *mr_next;
1598
1599         if (rte_log_get_level(mlx5_logtype) == RTE_LOG_DEBUG)
1600                 mlx5_mr_dump_dev(sh);
1601         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1602         /* Detach from MR list and move to free list. */
1603         mr_next = LIST_FIRST(&sh->mr.mr_list);
1604         while (mr_next != NULL) {
1605                 struct mlx5_mr *mr = mr_next;
1606
1607                 mr_next = LIST_NEXT(mr, mr);
1608                 LIST_REMOVE(mr, mr);
1609                 LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
1610         }
1611         LIST_INIT(&sh->mr.mr_list);
1612         /* Free global cache. */
1613         mlx5_mr_btree_free(&sh->mr.cache);
1614         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1615         /* Free all remaining MRs. */
1616         mlx5_mr_garbage_collect(sh);
1617 }