common/mlx5: refactor IPC handling from net driver
[dpdk.git] / 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         MLX5_ASSERT(bt != NULL);
103         lkp_tbl = *bt->table;
104         n = bt->len;
105         /* First entry must be NULL for comparison. */
106         MLX5_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         MLX5_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         MLX5_ASSERT(bt != NULL);
146         MLX5_ASSERT(bt->len <= bt->size);
147         MLX5_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         MLX5_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 #ifdef RTE_LIBRTE_MLX5_DEBUG
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                 MLX5_ASSERT(mr->ms_bmp_n == 1);
288                 MLX5_ASSERT(mr->ms_n == 1);
289                 MLX5_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                         MLX5_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         MLX5_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         MLX5_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(&priv->mp_id, 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         MLX5_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         MLX5_ASSERT(rte_is_aligned((void *)data.start, data.msl->page_sz));
639         MLX5_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         MLX5_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         MLX5_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         MLX5_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                                            IBV_ACCESS_RELAXED_ORDERING);
773         if (mr->ibv_mr == NULL) {
774                 DEBUG("port %u fail to create a verbs MR for address (%p)",
775                       dev->data->port_id, (void *)addr);
776                 rte_errno = EINVAL;
777                 goto err_mrlock;
778         }
779         MLX5_ASSERT((uintptr_t)mr->ibv_mr->addr == data.start);
780         MLX5_ASSERT(mr->ibv_mr->length == len);
781         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
782         DEBUG("port %u MR CREATED (%p) for %p:\n"
783               "  [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "),"
784               " lkey=0x%x base_idx=%u ms_n=%u, ms_bmp_n=%u",
785               dev->data->port_id, (void *)mr, (void *)addr,
786               data.start, data.end, rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
787               mr->ms_base_idx, mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
788         /* Insert to the global cache table. */
789         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
790         /* Fill in output data. */
791         mr_lookup_dev(sh, entry, addr);
792         /* Lookup can't fail. */
793         MLX5_ASSERT(entry->lkey != UINT32_MAX);
794         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
795         rte_mcfg_mem_read_unlock();
796         return entry->lkey;
797 err_mrlock:
798         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
799 err_memlock:
800         rte_mcfg_mem_read_unlock();
801 err_nolock:
802         /*
803          * In case of error, as this can be called in a datapath, a warning
804          * message per an error is preferable instead. Must be unlocked before
805          * calling rte_free() because mlx5_mr_mem_event_free_cb() can be called
806          * inside.
807          */
808         mr_free(mr);
809         return UINT32_MAX;
810 }
811
812 /**
813  * Create a new global Memory Region (MR) for a missing virtual address.
814  * This can be called from primary and secondary process.
815  *
816  * @param dev
817  *   Pointer to Ethernet device.
818  * @param[out] entry
819  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
820  *   created. If failed to create one, this will not be updated.
821  * @param addr
822  *   Target virtual address to register.
823  *
824  * @return
825  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on failure and rte_errno is set.
826  */
827 static uint32_t
828 mlx5_mr_create(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_cache *entry,
829                uintptr_t addr)
830 {
831         uint32_t ret = 0;
832
833         switch (rte_eal_process_type()) {
834         case RTE_PROC_PRIMARY:
835                 ret = mlx5_mr_create_primary(dev, entry, addr);
836                 break;
837         case RTE_PROC_SECONDARY:
838                 ret = mlx5_mr_create_secondary(dev, entry, addr);
839                 break;
840         default:
841                 break;
842         }
843         return ret;
844 }
845
846 /**
847  * Rebuild the global B-tree cache of device from the original MR list.
848  *
849  * @param sh
850  *   Pointer to Ethernet device shared context.
851  */
852 static void
853 mr_rebuild_dev_cache(struct mlx5_ibv_shared *sh)
854 {
855         struct mlx5_mr *mr;
856
857         DRV_LOG(DEBUG, "device %s rebuild dev cache[]", sh->ibdev_name);
858         /* Flush cache to rebuild. */
859         sh->mr.cache.len = 1;
860         sh->mr.cache.overflow = 0;
861         /* Iterate all the existing MRs. */
862         LIST_FOREACH(mr, &sh->mr.mr_list, mr)
863                 if (mr_insert_dev_cache(sh, mr) < 0)
864                         return;
865 }
866
867 /**
868  * Callback for memory free event. Iterate freed memsegs and check whether it
869  * belongs to an existing MR. If found, clear the bit from bitmap of MR. As a
870  * result, the MR would be fragmented. If it becomes empty, the MR will be freed
871  * later by mlx5_mr_garbage_collect(). Even if this callback is called from a
872  * secondary process, the garbage collector will be called in primary process
873  * as the secondary process can't call mlx5_mr_create().
874  *
875  * The global cache must be rebuilt if there's any change and this event has to
876  * be propagated to dataplane threads to flush the local caches.
877  *
878  * @param sh
879  *   Pointer to the Ethernet device shared context.
880  * @param addr
881  *   Address of freed memory.
882  * @param len
883  *   Size of freed memory.
884  */
885 static void
886 mlx5_mr_mem_event_free_cb(struct mlx5_ibv_shared *sh,
887                           const void *addr, size_t len)
888 {
889         const struct rte_memseg_list *msl;
890         struct mlx5_mr *mr;
891         int ms_n;
892         int i;
893         int rebuild = 0;
894
895         DEBUG("device %s free callback: addr=%p, len=%zu",
896               sh->ibdev_name, addr, len);
897         msl = rte_mem_virt2memseg_list(addr);
898         /* addr and len must be page-aligned. */
899         MLX5_ASSERT((uintptr_t)addr ==
900                     RTE_ALIGN((uintptr_t)addr, msl->page_sz));
901         MLX5_ASSERT(len == RTE_ALIGN(len, msl->page_sz));
902         ms_n = len / msl->page_sz;
903         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
904         /* Clear bits of freed memsegs from MR. */
905         for (i = 0; i < ms_n; ++i) {
906                 const struct rte_memseg *ms;
907                 struct mlx5_mr_cache entry;
908                 uintptr_t start;
909                 int ms_idx;
910                 uint32_t pos;
911
912                 /* Find MR having this memseg. */
913                 start = (uintptr_t)addr + i * msl->page_sz;
914                 mr = mr_lookup_dev_list(sh, &entry, start);
915                 if (mr == NULL)
916                         continue;
917                 MLX5_ASSERT(mr->msl); /* Can't be external memory. */
918                 ms = rte_mem_virt2memseg((void *)start, msl);
919                 MLX5_ASSERT(ms != NULL);
920                 MLX5_ASSERT(msl->page_sz == ms->hugepage_sz);
921                 ms_idx = rte_fbarray_find_idx(&msl->memseg_arr, ms);
922                 pos = ms_idx - mr->ms_base_idx;
923                 MLX5_ASSERT(rte_bitmap_get(mr->ms_bmp, pos));
924                 MLX5_ASSERT(pos < mr->ms_bmp_n);
925                 DEBUG("device %s MR(%p): clear bitmap[%u] for addr %p",
926                       sh->ibdev_name, (void *)mr, pos, (void *)start);
927                 rte_bitmap_clear(mr->ms_bmp, pos);
928                 if (--mr->ms_n == 0) {
929                         LIST_REMOVE(mr, mr);
930                         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
931                         DEBUG("device %s remove MR(%p) from list",
932                               sh->ibdev_name, (void *)mr);
933                 }
934                 /*
935                  * MR is fragmented or will be freed. the global cache must be
936                  * rebuilt.
937                  */
938                 rebuild = 1;
939         }
940         if (rebuild) {
941                 mr_rebuild_dev_cache(sh);
942                 /*
943                  * Flush local caches by propagating invalidation across cores.
944                  * rte_smp_wmb() is enough to synchronize this event. If one of
945                  * freed memsegs is seen by other core, that means the memseg
946                  * has been allocated by allocator, which will come after this
947                  * free call. Therefore, this store instruction (incrementing
948                  * generation below) will be guaranteed to be seen by other core
949                  * before the core sees the newly allocated memory.
950                  */
951                 ++sh->mr.dev_gen;
952                 DEBUG("broadcasting local cache flush, gen=%d",
953                       sh->mr.dev_gen);
954                 rte_smp_wmb();
955         }
956         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
957 }
958
959 /**
960  * Callback for memory event. This can be called from both primary and secondary
961  * process.
962  *
963  * @param event_type
964  *   Memory event type.
965  * @param addr
966  *   Address of memory.
967  * @param len
968  *   Size of memory.
969  */
970 void
971 mlx5_mr_mem_event_cb(enum rte_mem_event event_type, const void *addr,
972                      size_t len, void *arg __rte_unused)
973 {
974         struct mlx5_ibv_shared *sh;
975         struct mlx5_dev_list *dev_list = &mlx5_shared_data->mem_event_cb_list;
976
977         /* Must be called from the primary process. */
978         MLX5_ASSERT(rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY);
979         switch (event_type) {
980         case RTE_MEM_EVENT_FREE:
981                 rte_rwlock_write_lock(&mlx5_shared_data->mem_event_rwlock);
982                 /* Iterate all the existing mlx5 devices. */
983                 LIST_FOREACH(sh, dev_list, mem_event_cb)
984                         mlx5_mr_mem_event_free_cb(sh, addr, len);
985                 rte_rwlock_write_unlock(&mlx5_shared_data->mem_event_rwlock);
986                 break;
987         case RTE_MEM_EVENT_ALLOC:
988         default:
989                 break;
990         }
991 }
992
993 /**
994  * Look up address in the global MR cache table. If not found, create a new MR.
995  * Insert the found/created entry to local bottom-half cache table.
996  *
997  * @param dev
998  *   Pointer to Ethernet device.
999  * @param mr_ctrl
1000  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1001  * @param[out] entry
1002  *   Pointer to returning MR cache entry, found in the global cache or newly
1003  *   created. If failed to create one, this is not written.
1004  * @param addr
1005  *   Search key.
1006  *
1007  * @return
1008  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1009  */
1010 static uint32_t
1011 mlx5_mr_lookup_dev(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1012                    struct mlx5_mr_cache *entry, uintptr_t addr)
1013 {
1014         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1015         struct mlx5_ibv_shared *sh = priv->sh;
1016         struct mlx5_mr_btree *bt = &mr_ctrl->cache_bh;
1017         uint16_t idx;
1018         uint32_t lkey;
1019
1020         /* If local cache table is full, try to double it. */
1021         if (unlikely(bt->len == bt->size))
1022                 mr_btree_expand(bt, bt->size << 1);
1023         /* Look up in the global cache. */
1024         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1025         lkey = mr_btree_lookup(&sh->mr.cache, &idx, addr);
1026         if (lkey != UINT32_MAX) {
1027                 /* Found. */
1028                 *entry = (*sh->mr.cache.table)[idx];
1029                 rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1030                 /*
1031                  * Update local cache. Even if it fails, return the found entry
1032                  * to update top-half cache. Next time, this entry will be found
1033                  * in the global cache.
1034                  */
1035                 mr_btree_insert(bt, entry);
1036                 return lkey;
1037         }
1038         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1039         /* First time to see the address? Create a new MR. */
1040         lkey = mlx5_mr_create(dev, entry, addr);
1041         /*
1042          * Update the local cache if successfully created a new global MR. Even
1043          * if failed to create one, there's no action to take in this datapath
1044          * code. As returning LKey is invalid, this will eventually make HW
1045          * fail.
1046          */
1047         if (lkey != UINT32_MAX)
1048                 mr_btree_insert(bt, entry);
1049         return lkey;
1050 }
1051
1052 /**
1053  * Bottom-half of LKey search on datapath. Firstly search in cache_bh[] and if
1054  * misses, search in the global MR cache table and update the new entry to
1055  * per-queue local caches.
1056  *
1057  * @param dev
1058  *   Pointer to Ethernet device.
1059  * @param mr_ctrl
1060  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1061  * @param addr
1062  *   Search key.
1063  *
1064  * @return
1065  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1066  */
1067 static uint32_t
1068 mlx5_mr_addr2mr_bh(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1069                    uintptr_t addr)
1070 {
1071         uint32_t lkey;
1072         uint16_t bh_idx = 0;
1073         /* Victim in top-half cache to replace with new entry. */
1074         struct mlx5_mr_cache *repl = &mr_ctrl->cache[mr_ctrl->head];
1075
1076         /* Binary-search MR translation table. */
1077         lkey = mr_btree_lookup(&mr_ctrl->cache_bh, &bh_idx, addr);
1078         /* Update top-half cache. */
1079         if (likely(lkey != UINT32_MAX)) {
1080                 *repl = (*mr_ctrl->cache_bh.table)[bh_idx];
1081         } else {
1082                 /*
1083                  * If missed in local lookup table, search in the global cache
1084                  * and local cache_bh[] will be updated inside if possible.
1085                  * Top-half cache entry will also be updated.
1086                  */
1087                 lkey = mlx5_mr_lookup_dev(dev, mr_ctrl, repl, addr);
1088                 if (unlikely(lkey == UINT32_MAX))
1089                         return UINT32_MAX;
1090         }
1091         /* Update the most recently used entry. */
1092         mr_ctrl->mru = mr_ctrl->head;
1093         /* Point to the next victim, the oldest. */
1094         mr_ctrl->head = (mr_ctrl->head + 1) % MLX5_MR_CACHE_N;
1095         return lkey;
1096 }
1097
1098 /**
1099  * Bottom-half of LKey search on Rx.
1100  *
1101  * @param rxq
1102  *   Pointer to Rx queue structure.
1103  * @param addr
1104  *   Search key.
1105  *
1106  * @return
1107  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1108  */
1109 uint32_t
1110 mlx5_rx_addr2mr_bh(struct mlx5_rxq_data *rxq, uintptr_t addr)
1111 {
1112         struct mlx5_rxq_ctrl *rxq_ctrl =
1113                 container_of(rxq, struct mlx5_rxq_ctrl, rxq);
1114         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &rxq->mr_ctrl;
1115         struct mlx5_priv *priv = rxq_ctrl->priv;
1116
1117         return mlx5_mr_addr2mr_bh(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, addr);
1118 }
1119
1120 /**
1121  * Bottom-half of LKey search on Tx.
1122  *
1123  * @param txq
1124  *   Pointer to Tx queue structure.
1125  * @param addr
1126  *   Search key.
1127  *
1128  * @return
1129  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1130  */
1131 static uint32_t
1132 mlx5_tx_addr2mr_bh(struct mlx5_txq_data *txq, uintptr_t addr)
1133 {
1134         struct mlx5_txq_ctrl *txq_ctrl =
1135                 container_of(txq, struct mlx5_txq_ctrl, txq);
1136         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &txq->mr_ctrl;
1137         struct mlx5_priv *priv = txq_ctrl->priv;
1138
1139         return mlx5_mr_addr2mr_bh(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, addr);
1140 }
1141
1142 /**
1143  * Bottom-half of LKey search on Tx. If it can't be searched in the memseg
1144  * list, register the mempool of the mbuf as externally allocated memory.
1145  *
1146  * @param txq
1147  *   Pointer to Tx queue structure.
1148  * @param mb
1149  *   Pointer to mbuf.
1150  *
1151  * @return
1152  *   Searched LKey on success, UINT32_MAX on no match.
1153  */
1154 uint32_t
1155 mlx5_tx_mb2mr_bh(struct mlx5_txq_data *txq, struct rte_mbuf *mb)
1156 {
1157         uintptr_t addr = (uintptr_t)mb->buf_addr;
1158         uint32_t lkey;
1159
1160         lkey = mlx5_tx_addr2mr_bh(txq, addr);
1161         if (lkey == UINT32_MAX && rte_errno == ENXIO) {
1162                 /* Mempool may have externally allocated memory. */
1163                 return mlx5_tx_update_ext_mp(txq, addr, mlx5_mb2mp(mb));
1164         }
1165         return lkey;
1166 }
1167
1168 /**
1169  * Flush all of the local cache entries.
1170  *
1171  * @param mr_ctrl
1172  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1173  */
1174 void
1175 mlx5_mr_flush_local_cache(struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl)
1176 {
1177         /* Reset the most-recently-used index. */
1178         mr_ctrl->mru = 0;
1179         /* Reset the linear search array. */
1180         mr_ctrl->head = 0;
1181         memset(mr_ctrl->cache, 0, sizeof(mr_ctrl->cache));
1182         /* Reset the B-tree table. */
1183         mr_ctrl->cache_bh.len = 1;
1184         mr_ctrl->cache_bh.overflow = 0;
1185         /* Update the generation number. */
1186         mr_ctrl->cur_gen = *mr_ctrl->dev_gen_ptr;
1187         DRV_LOG(DEBUG, "mr_ctrl(%p): flushed, cur_gen=%d",
1188                 (void *)mr_ctrl, mr_ctrl->cur_gen);
1189 }
1190
1191 /**
1192  * Creates a memory region for external memory, that is memory which is not
1193  * part of the DPDK memory segments.
1194  *
1195  * @param dev
1196  *   Pointer to the ethernet device.
1197  * @param addr
1198  *   Starting virtual address of memory.
1199  * @param len
1200  *   Length of memory segment being mapped.
1201  * @param socked_id
1202  *   Socket to allocate heap memory for the control structures.
1203  *
1204  * @return
1205  *   Pointer to MR structure on success, NULL otherwise.
1206  */
1207 static struct mlx5_mr *
1208 mlx5_create_mr_ext(struct rte_eth_dev *dev, uintptr_t addr, size_t len,
1209                    int socket_id)
1210 {
1211         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1212         struct mlx5_mr *mr = NULL;
1213
1214         mr = rte_zmalloc_socket(NULL,
1215                                 RTE_ALIGN_CEIL(sizeof(*mr),
1216                                                RTE_CACHE_LINE_SIZE),
1217                                 RTE_CACHE_LINE_SIZE, socket_id);
1218         if (mr == NULL)
1219                 return NULL;
1220         mr->ibv_mr = mlx5_glue->reg_mr(priv->sh->pd, (void *)addr, len,
1221                                        IBV_ACCESS_LOCAL_WRITE |
1222                                            IBV_ACCESS_RELAXED_ORDERING);
1223         if (mr->ibv_mr == NULL) {
1224                 DRV_LOG(WARNING,
1225                         "port %u fail to create a verbs MR for address (%p)",
1226                         dev->data->port_id, (void *)addr);
1227                 rte_free(mr);
1228                 return NULL;
1229         }
1230         mr->msl = NULL; /* Mark it is external memory. */
1231         mr->ms_bmp = NULL;
1232         mr->ms_n = 1;
1233         mr->ms_bmp_n = 1;
1234         DRV_LOG(DEBUG,
1235                 "port %u MR CREATED (%p) for external memory %p:\n"
1236                 "  [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR "),"
1237                 " lkey=0x%x base_idx=%u ms_n=%u, ms_bmp_n=%u",
1238                 dev->data->port_id, (void *)mr, (void *)addr,
1239                 addr, addr + len, rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
1240                 mr->ms_base_idx, mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
1241         return mr;
1242 }
1243
1244 /**
1245  * Called during rte_mempool_mem_iter() by mlx5_mr_update_ext_mp().
1246  *
1247  * Externally allocated chunk is registered and a MR is created for the chunk.
1248  * The MR object is added to the global list. If memseg list of a MR object
1249  * (mr->msl) is null, the MR object can be regarded as externally allocated
1250  * memory.
1251  *
1252  * Once external memory is registered, it should be static. If the memory is
1253  * freed and the virtual address range has different physical memory mapped
1254  * again, it may cause crash on device due to the wrong translation entry. PMD
1255  * can't track the free event of the external memory for now.
1256  */
1257 static void
1258 mlx5_mr_update_ext_mp_cb(struct rte_mempool *mp, void *opaque,
1259                          struct rte_mempool_memhdr *memhdr,
1260                          unsigned mem_idx __rte_unused)
1261 {
1262         struct mr_update_mp_data *data = opaque;
1263         struct rte_eth_dev *dev = data->dev;
1264         struct mlx5_priv *priv = dev->data->dev_private;
1265         struct mlx5_ibv_shared *sh = priv->sh;
1266         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = data->mr_ctrl;
1267         struct mlx5_mr *mr = NULL;
1268         uintptr_t addr = (uintptr_t)memhdr->addr;
1269         size_t len = memhdr->len;
1270         struct mlx5_mr_cache entry;
1271         uint32_t lkey;
1272
1273         MLX5_ASSERT(rte_eal_process_type() == RTE_PROC_PRIMARY);
1274         /* If already registered, it should return. */
1275         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1276         lkey = mr_lookup_dev(sh, &entry, addr);
1277         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1278         if (lkey != UINT32_MAX)
1279                 return;
1280         DRV_LOG(DEBUG, "port %u register MR for chunk #%d of mempool (%s)",
1281                 dev->data->port_id, mem_idx, mp->name);
1282         mr = mlx5_create_mr_ext(dev, addr, len, mp->socket_id);
1283         if (!mr) {
1284                 DRV_LOG(WARNING,
1285                         "port %u unable to allocate a new MR of"
1286                         " mempool (%s).",
1287                         dev->data->port_id, mp->name);
1288                 data->ret = -1;
1289                 return;
1290         }
1291         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1292         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
1293         /* Insert to the global cache table. */
1294         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
1295         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1296         /* Insert to the local cache table */
1297         mlx5_mr_addr2mr_bh(dev, mr_ctrl, addr);
1298 }
1299
1300 /**
1301  * Finds the first ethdev that match the pci device.
1302  * The existence of multiple ethdev per pci device is only with representors.
1303  * On such case, it is enough to get only one of the ports as they all share
1304  * the same ibv context.
1305  *
1306  * @param pdev
1307  *   Pointer to the PCI device.
1308  *
1309  * @return
1310  *   Pointer to the ethdev if found, NULL otherwise.
1311  */
1312 static struct rte_eth_dev *
1313 pci_dev_to_eth_dev(struct rte_pci_device *pdev)
1314 {
1315         uint16_t port_id;
1316
1317         RTE_ETH_FOREACH_DEV_OF(port_id, &pdev->device)
1318                 return &rte_eth_devices[port_id];
1319         return NULL;
1320 }
1321
1322 /**
1323  * DPDK callback to DMA map external memory to a PCI device.
1324  *
1325  * @param pdev
1326  *   Pointer to the PCI device.
1327  * @param addr
1328  *   Starting virtual address of memory to be mapped.
1329  * @param iova
1330  *   Starting IOVA address of memory to be mapped.
1331  * @param len
1332  *   Length of memory segment being mapped.
1333  *
1334  * @return
1335  *   0 on success, negative value on error.
1336  */
1337 int
1338 mlx5_dma_map(struct rte_pci_device *pdev, void *addr,
1339              uint64_t iova __rte_unused, size_t len)
1340 {
1341         struct rte_eth_dev *dev;
1342         struct mlx5_mr *mr;
1343         struct mlx5_priv *priv;
1344         struct mlx5_ibv_shared *sh;
1345
1346         dev = pci_dev_to_eth_dev(pdev);
1347         if (!dev) {
1348                 DRV_LOG(WARNING, "unable to find matching ethdev "
1349                                  "to PCI device %p", (void *)pdev);
1350                 rte_errno = ENODEV;
1351                 return -1;
1352         }
1353         priv = dev->data->dev_private;
1354         mr = mlx5_create_mr_ext(dev, (uintptr_t)addr, len, SOCKET_ID_ANY);
1355         if (!mr) {
1356                 DRV_LOG(WARNING,
1357                         "port %u unable to dma map", dev->data->port_id);
1358                 rte_errno = EINVAL;
1359                 return -1;
1360         }
1361         sh = priv->sh;
1362         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1363         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_list, mr, mr);
1364         /* Insert to the global cache table. */
1365         mr_insert_dev_cache(sh, mr);
1366         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1367         return 0;
1368 }
1369
1370 /**
1371  * DPDK callback to DMA unmap external memory to a PCI device.
1372  *
1373  * @param pdev
1374  *   Pointer to the PCI device.
1375  * @param addr
1376  *   Starting virtual address of memory to be unmapped.
1377  * @param iova
1378  *   Starting IOVA address of memory to be unmapped.
1379  * @param len
1380  *   Length of memory segment being unmapped.
1381  *
1382  * @return
1383  *   0 on success, negative value on error.
1384  */
1385 int
1386 mlx5_dma_unmap(struct rte_pci_device *pdev, void *addr,
1387                uint64_t iova __rte_unused, size_t len __rte_unused)
1388 {
1389         struct rte_eth_dev *dev;
1390         struct mlx5_priv *priv;
1391         struct mlx5_ibv_shared *sh;
1392         struct mlx5_mr *mr;
1393         struct mlx5_mr_cache entry;
1394
1395         dev = pci_dev_to_eth_dev(pdev);
1396         if (!dev) {
1397                 DRV_LOG(WARNING, "unable to find matching ethdev "
1398                                  "to PCI device %p", (void *)pdev);
1399                 rte_errno = ENODEV;
1400                 return -1;
1401         }
1402         priv = dev->data->dev_private;
1403         sh = priv->sh;
1404         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1405         mr = mr_lookup_dev_list(sh, &entry, (uintptr_t)addr);
1406         if (!mr) {
1407                 rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1408                 DRV_LOG(WARNING, "address 0x%" PRIxPTR " wasn't registered "
1409                                  "to PCI device %p", (uintptr_t)addr,
1410                                  (void *)pdev);
1411                 rte_errno = EINVAL;
1412                 return -1;
1413         }
1414         LIST_REMOVE(mr, mr);
1415         LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
1416         DEBUG("port %u remove MR(%p) from list", dev->data->port_id,
1417               (void *)mr);
1418         mr_rebuild_dev_cache(sh);
1419         /*
1420          * Flush local caches by propagating invalidation across cores.
1421          * rte_smp_wmb() is enough to synchronize this event. If one of
1422          * freed memsegs is seen by other core, that means the memseg
1423          * has been allocated by allocator, which will come after this
1424          * free call. Therefore, this store instruction (incrementing
1425          * generation below) will be guaranteed to be seen by other core
1426          * before the core sees the newly allocated memory.
1427          */
1428         ++sh->mr.dev_gen;
1429         DEBUG("broadcasting local cache flush, gen=%d", sh->mr.dev_gen);
1430         rte_smp_wmb();
1431         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1432         return 0;
1433 }
1434
1435 /**
1436  * Register MR for entire memory chunks in a Mempool having externally allocated
1437  * memory and fill in local cache.
1438  *
1439  * @param dev
1440  *   Pointer to Ethernet device.
1441  * @param mr_ctrl
1442  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1443  * @param mp
1444  *   Pointer to registering Mempool.
1445  *
1446  * @return
1447  *   0 on success, -1 on failure.
1448  */
1449 static uint32_t
1450 mlx5_mr_update_ext_mp(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1451                       struct rte_mempool *mp)
1452 {
1453         struct mr_update_mp_data data = {
1454                 .dev = dev,
1455                 .mr_ctrl = mr_ctrl,
1456                 .ret = 0,
1457         };
1458
1459         rte_mempool_mem_iter(mp, mlx5_mr_update_ext_mp_cb, &data);
1460         return data.ret;
1461 }
1462
1463 /**
1464  * Register MR entire memory chunks in a Mempool having externally allocated
1465  * memory and search LKey of the address to return.
1466  *
1467  * @param dev
1468  *   Pointer to Ethernet device.
1469  * @param addr
1470  *   Search key.
1471  * @param mp
1472  *   Pointer to registering Mempool where addr belongs.
1473  *
1474  * @return
1475  *   LKey for address on success, UINT32_MAX on failure.
1476  */
1477 uint32_t
1478 mlx5_tx_update_ext_mp(struct mlx5_txq_data *txq, uintptr_t addr,
1479                       struct rte_mempool *mp)
1480 {
1481         struct mlx5_txq_ctrl *txq_ctrl =
1482                 container_of(txq, struct mlx5_txq_ctrl, txq);
1483         struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl = &txq->mr_ctrl;
1484         struct mlx5_priv *priv = txq_ctrl->priv;
1485
1486         if (rte_eal_process_type() != RTE_PROC_PRIMARY) {
1487                 DRV_LOG(WARNING,
1488                         "port %u using address (%p) from unregistered mempool"
1489                         " having externally allocated memory"
1490                         " in secondary process, please create mempool"
1491                         " prior to rte_eth_dev_start()",
1492                         PORT_ID(priv), (void *)addr);
1493                 return UINT32_MAX;
1494         }
1495         mlx5_mr_update_ext_mp(ETH_DEV(priv), mr_ctrl, mp);
1496         return mlx5_tx_addr2mr_bh(txq, addr);
1497 }
1498
1499 /* Called during rte_mempool_mem_iter() by mlx5_mr_update_mp(). */
1500 static void
1501 mlx5_mr_update_mp_cb(struct rte_mempool *mp __rte_unused, void *opaque,
1502                      struct rte_mempool_memhdr *memhdr,
1503                      unsigned mem_idx __rte_unused)
1504 {
1505         struct mr_update_mp_data *data = opaque;
1506         uint32_t lkey;
1507
1508         /* Stop iteration if failed in the previous walk. */
1509         if (data->ret < 0)
1510                 return;
1511         /* Register address of the chunk and update local caches. */
1512         lkey = mlx5_mr_addr2mr_bh(data->dev, data->mr_ctrl,
1513                                   (uintptr_t)memhdr->addr);
1514         if (lkey == UINT32_MAX)
1515                 data->ret = -1;
1516 }
1517
1518 /**
1519  * Register entire memory chunks in a Mempool.
1520  *
1521  * @param dev
1522  *   Pointer to Ethernet device.
1523  * @param mr_ctrl
1524  *   Pointer to per-queue MR control structure.
1525  * @param mp
1526  *   Pointer to registering Mempool.
1527  *
1528  * @return
1529  *   0 on success, -1 on failure.
1530  */
1531 int
1532 mlx5_mr_update_mp(struct rte_eth_dev *dev, struct mlx5_mr_ctrl *mr_ctrl,
1533                   struct rte_mempool *mp)
1534 {
1535         struct mr_update_mp_data data = {
1536                 .dev = dev,
1537                 .mr_ctrl = mr_ctrl,
1538                 .ret = 0,
1539         };
1540
1541         rte_mempool_mem_iter(mp, mlx5_mr_update_mp_cb, &data);
1542         if (data.ret < 0 && rte_errno == ENXIO) {
1543                 /* Mempool may have externally allocated memory. */
1544                 return mlx5_mr_update_ext_mp(dev, mr_ctrl, mp);
1545         }
1546         return data.ret;
1547 }
1548
1549 /**
1550  * Dump all the created MRs and the global cache entries.
1551  *
1552  * @param sh
1553  *   Pointer to Ethernet device shared context.
1554  */
1555 void
1556 mlx5_mr_dump_dev(struct mlx5_ibv_shared *sh __rte_unused)
1557 {
1558 #ifdef RTE_LIBRTE_MLX5_DEBUG
1559         struct mlx5_mr *mr;
1560         int mr_n = 0;
1561         int chunk_n = 0;
1562
1563         rte_rwlock_read_lock(&sh->mr.rwlock);
1564         /* Iterate all the existing MRs. */
1565         LIST_FOREACH(mr, &sh->mr.mr_list, mr) {
1566                 unsigned int n;
1567
1568                 DEBUG("device %s MR[%u], LKey = 0x%x, ms_n = %u, ms_bmp_n = %u",
1569                       sh->ibdev_name, mr_n++,
1570                       rte_cpu_to_be_32(mr->ibv_mr->lkey),
1571                       mr->ms_n, mr->ms_bmp_n);
1572                 if (mr->ms_n == 0)
1573                         continue;
1574                 for (n = 0; n < mr->ms_bmp_n; ) {
1575                         struct mlx5_mr_cache ret = { 0, };
1576
1577                         n = mr_find_next_chunk(mr, &ret, n);
1578                         if (!ret.end)
1579                                 break;
1580                         DEBUG("  chunk[%u], [0x%" PRIxPTR ", 0x%" PRIxPTR ")",
1581                               chunk_n++, ret.start, ret.end);
1582                 }
1583         }
1584         DEBUG("device %s dumping global cache", sh->ibdev_name);
1585         mlx5_mr_btree_dump(&sh->mr.cache);
1586         rte_rwlock_read_unlock(&sh->mr.rwlock);
1587 #endif
1588 }
1589
1590 /**
1591  * Release all the created MRs and resources for shared device context.
1592  * list.
1593  *
1594  * @param sh
1595  *   Pointer to Ethernet device shared context.
1596  */
1597 void
1598 mlx5_mr_release(struct mlx5_ibv_shared *sh)
1599 {
1600         struct mlx5_mr *mr_next;
1601
1602         if (rte_log_can_log(mlx5_logtype, RTE_LOG_DEBUG))
1603                 mlx5_mr_dump_dev(sh);
1604         rte_rwlock_write_lock(&sh->mr.rwlock);
1605         /* Detach from MR list and move to free list. */
1606         mr_next = LIST_FIRST(&sh->mr.mr_list);
1607         while (mr_next != NULL) {
1608                 struct mlx5_mr *mr = mr_next;
1609
1610                 mr_next = LIST_NEXT(mr, mr);
1611                 LIST_REMOVE(mr, mr);
1612                 LIST_INSERT_HEAD(&sh->mr.mr_free_list, mr, mr);
1613         }
1614         LIST_INIT(&sh->mr.mr_list);
1615         /* Free global cache. */
1616         mlx5_mr_btree_free(&sh->mr.cache);
1617         rte_rwlock_write_unlock(&sh->mr.rwlock);
1618         /* Free all remaining MRs. */
1619         mlx5_mr_garbage_collect(sh);
1620 }