// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Regression1
 * Description:
 * Salman Qazi describes the following radix-tree bug:
 *
 * In the following case, we get can get a deadlock:
 *
 * 0.  The radix tree contains two items, one has the index 0.
 * 1.  The reader (in this case find_get_pages) takes the rcu_read_lock.
 * 2.  The reader acquires slot(s) for item(s) including the index 0 item.
 * 3.  The non-zero index item is deleted, and as a consequence the other item
 *     is moved to the root of the tree. The place where it used to be is queued
 *     for deletion after the readers finish.
 * 3b. The zero item is deleted, removing it from the direct slot, it remains in
 *     the rcu-delayed indirect node.
 * 4.  The reader looks at the index 0 slot, and finds that the page has 0 ref
 *     count
 * 5.  The reader looks at it again, hoping that the item will either be freed
 *     or the ref count will increase. This never happens, as the slot it is
 *     looking at will never be updated. Also, this slot can never be reclaimed
 *     because the reader is holding rcu_read_lock and is in an infinite loop.
 *
 * The fix is to re-use the same "indirect" pointer case that requires a slot
 * lookup retry into a general "retry the lookup" bit.
 *
 * Running:
 * This test should run to completion in a few seconds. The above bug would
 * cause it to hang indefinitely.
 *
 * Upstream commit:
 * Not yet
 */
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/radix-tree.h>
#include <linux/rcupdate.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>

#include "regression.h"

static RADIX_TREE(mt_tree, GFP_KERNEL);

struct page {
 pthread_mutex_t lock;
 struct rcu_head rcu;
 int count;
 unsigned long index;
};

static struct page *page_alloc(int index)
{
 struct page *p;
 p = malloc(sizeof(struct page));
 p->count = 1;
 p->index = index;
 pthread_mutex_init(&p->lock, NULL);

 return p;
}

static void page_rcu_free(struct rcu_head *rcu)
{
 struct page *p = container_of(rcu, struct page, rcu);
 assert(!p->count);
 pthread_mutex_destroy(&p->lock);
 free(p);
}

static void page_free(struct page *p)
{
 call_rcu(&p->rcu, page_rcu_free);
}

static unsigned find_get_pages(unsigned long start,
       unsigned int nr_pages, struct page **pages)
{
 XA_STATE(xas, &mt_tree, start);
 struct page *page;
 unsigned int ret = 0;

 rcu_read_lock();
 xas_for_each(&xas, page, ULONG_MAX) {
  if (xas_retry(&xas, page))
   continue;

  pthread_mutex_lock(&page->lock);
  if (!page->count)
   goto unlock;

  /* don't actually update page refcount */
  pthread_mutex_unlock(&page->lock);

  /* Has the page moved? */
  if (unlikely(page != xas_reload(&xas)))
   goto put_page;

  pages[ret] = page;
  ret++;
  continue;
unlock:
  pthread_mutex_unlock(&page->lock);
put_page:
  xas_reset(&xas);
 }
 rcu_read_unlock();
 return ret;
}

static pthread_barrier_t worker_barrier;

static void *regression1_fn(void *arg)
{
 rcu_register_thread();

 if (pthread_barrier_wait(&worker_barrier) ==
   PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD) {
  int j;

  for (j = 0; j < 1000000; j++) {
   struct page *p;

   p = page_alloc(0);
   xa_lock(&mt_tree);
   radix_tree_insert(&mt_tree, 0, p);
   xa_unlock(&mt_tree);

   p = page_alloc(1);
   xa_lock(&mt_tree);
   radix_tree_insert(&mt_tree, 1, p);
   xa_unlock(&mt_tree);

   xa_lock(&mt_tree);
   p = radix_tree_delete(&mt_tree, 1);
   pthread_mutex_lock(&p->lock);
   p->count--;
   pthread_mutex_unlock(&p->lock);
   xa_unlock(&mt_tree);
   page_free(p);

   xa_lock(&mt_tree);
   p = radix_tree_delete(&mt_tree, 0);
   pthread_mutex_lock(&p->lock);
   p->count--;
   pthread_mutex_unlock(&p->lock);
   xa_unlock(&mt_tree);
   page_free(p);
  }
 } else {
  int j;

  for (j = 0; j < 100000000; j++) {
   struct page *pages[10];

   find_get_pages(0, 10, pages);
  }
 }

 rcu_unregister_thread();

 return NULL;
}

static pthread_t *threads;
void regression1_test(void)
{
 int nr_threads;
 int i;
 long arg;

 /* Regression #1 */
 printv(1, "running regression test 1, should finish in under a minute\n");
 nr_threads = 2;
 pthread_barrier_init(&worker_barrier, NULL, nr_threads);

 threads = malloc(nr_threads * sizeof(*threads));

 for (i = 0; i < nr_threads; i++) {
  arg = i;
  if (pthread_create(&threads[i], NULL, regression1_fn, (void *)arg)) {
   perror("pthread_create");
   exit(1);
  }
 }

 for (i = 0; i < nr_threads; i++) {
  if (pthread_join(threads[i], NULL)) {
   perror("pthread_join");
   exit(1);
  }
 }

 free(threads);

 printv(1, "regression test 1, done\n");
}