746b57e3d3704a76702f1b25b23d003710847b61
[linux-2.6.git] / include / linux / mmzone.h
1 #ifndef _LINUX_MMZONE_H
2 #define _LINUX_MMZONE_H
3
4 #ifdef __KERNEL__
5 #ifndef __ASSEMBLY__
6
7 #include <linux/config.h>
8 #include <linux/spinlock.h>
9 #include <linux/list.h>
10 #include <linux/wait.h>
11 #include <linux/cache.h>
12 #include <linux/threads.h>
13 #include <linux/numa.h>
14 #include <linux/init.h>
15 #include <asm/atomic.h>
16
17 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
18 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
19 #define MAX_ORDER 11
20 #else
21 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
22 #endif
23
24 struct free_area {
25         struct list_head        free_list;
26         unsigned long           nr_free;
27 };
28
29 struct pglist_data;
30
31 /*
32  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
33  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
34  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
35  * consumption is not a concern here.
36  */
37 #if defined(CONFIG_SMP)
38 struct zone_padding {
39         char x[0];
40 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
41 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
42 #else
43 #define ZONE_PADDING(name)
44 #endif
45
46 struct per_cpu_pages {
47         int count;              /* number of pages in the list */
48         int low;                /* low watermark, refill needed */
49         int high;               /* high watermark, emptying needed */
50         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
51         struct list_head list;  /* the list of pages */
52 };
53
54 struct per_cpu_pageset {
55         struct per_cpu_pages pcp[2];    /* 0: hot.  1: cold */
56 #ifdef CONFIG_NUMA
57         unsigned long numa_hit;         /* allocated in intended node */
58         unsigned long numa_miss;        /* allocated in non intended node */
59         unsigned long numa_foreign;     /* was intended here, hit elsewhere */
60         unsigned long interleave_hit;   /* interleaver prefered this zone */
61         unsigned long local_node;       /* allocation from local node */
62         unsigned long other_node;       /* allocation from other node */
63 #endif
64 } ____cacheline_aligned_in_smp;
65
66 #ifdef CONFIG_NUMA
67 #define zone_pcp(__z, __cpu) ((__z)->pageset[(__cpu)])
68 #else
69 #define zone_pcp(__z, __cpu) (&(__z)->pageset[(__cpu)])
70 #endif
71
72 #define ZONE_DMA                0
73 #define ZONE_NORMAL             1
74 #define ZONE_HIGHMEM            2
75
76 #define MAX_NR_ZONES            3       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
77 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
78
79
80 /*
81  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
82  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
83  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
84  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
85  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
86  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
87  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
88  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
89  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
90  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
91  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
92  */
93 #define GFP_ZONEMASK    0x03
94 /*
95  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
96  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
97  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
98  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
99  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
100  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
101  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
102  * Use the first form when the left most bit is not a "loner", otherwise
103  * use the second.
104  */
105 /* #define GFP_ZONETYPES        (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
106 #define GFP_ZONETYPES   ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
107
108 /*
109  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
110  * into multiple physical zones. On a PC we have 3 zones:
111  *
112  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
113  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
114  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
115  */
116
117 struct zone {
118         /* Fields commonly accessed by the page allocator */
119         unsigned long           free_pages;
120         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
121         /*
122          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
123          * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
124          * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
125          * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
126          * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
127          * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
128          */
129         unsigned long           lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
130
131 #ifdef CONFIG_NUMA
132         struct per_cpu_pageset  *pageset[NR_CPUS];
133 #else
134         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
135 #endif
136         /*
137          * free areas of different sizes
138          */
139         spinlock_t              lock;
140         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
141
142
143         ZONE_PADDING(_pad1_)
144
145         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
146         spinlock_t              lru_lock;       
147         struct list_head        active_list;
148         struct list_head        inactive_list;
149         unsigned long           nr_scan_active;
150         unsigned long           nr_scan_inactive;
151         unsigned long           nr_active;
152         unsigned long           nr_inactive;
153         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
154         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
155
156         /*
157          * Does the allocator try to reclaim pages from the zone as soon
158          * as it fails a watermark_ok() in __alloc_pages?
159          */
160         int                     reclaim_pages;
161         /* A count of how many reclaimers are scanning this zone */
162         atomic_t                reclaim_in_progress;
163
164         /*
165          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
166          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
167          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
168          * invokation.
169          *
170          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
171          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
172          * pages.
173          *
174          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
175          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
176          *
177          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
178          * it is expected to average out OK.
179          */
180         int temp_priority;
181         int prev_priority;
182
183
184         ZONE_PADDING(_pad2_)
185         /* Rarely used or read-mostly fields */
186
187         /*
188          * wait_table           -- the array holding the hash table
189          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
190          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
191          *
192          * The purpose of all these is to keep track of the people
193          * waiting for a page to become available and make them
194          * runnable again when possible. The trouble is that this
195          * consumes a lot of space, especially when so few things
196          * wait on pages at a given time. So instead of using
197          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
198          *
199          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
200          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
201          * When something wakes, it must check to be sure its page is
202          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
203          * collision is great, but given the expected load of the
204          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
205          * benefits from the saved space.
206          *
207          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
208          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
209          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
210          */
211         wait_queue_head_t       * wait_table;
212         unsigned long           wait_table_size;
213         unsigned long           wait_table_bits;
214
215         /*
216          * Discontig memory support fields.
217          */
218         struct pglist_data      *zone_pgdat;
219         struct page             *zone_mem_map;
220         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
221         unsigned long           zone_start_pfn;
222
223         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
224         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
225
226         /*
227          * rarely used fields:
228          */
229         char                    *name;
230 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
231
232
233 /*
234  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
235  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
236  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
237  */
238 #define DEF_PRIORITY 12
239
240 /*
241  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
242  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
243  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
244  * priority.
245  *
246  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
247  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
248  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
249  * footprint of this construct is very small.
250  */
251 struct zonelist {
252         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
253 };
254
255
256 /*
257  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
258  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
259  * zone denotes.
260  *
261  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
262  * it's memory layout.
263  *
264  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
265  * per-zone basis.
266  */
267 struct bootmem_data;
268 typedef struct pglist_data {
269         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
270         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
271         int nr_zones;
272 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
273         struct page *node_mem_map;
274 #endif
275         struct bootmem_data *bdata;
276         unsigned long node_start_pfn;
277         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
278         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
279                                              range, including holes */
280         int node_id;
281         struct pglist_data *pgdat_next;
282         wait_queue_head_t kswapd_wait;
283         struct task_struct *kswapd;
284         int kswapd_max_order;
285 } pg_data_t;
286
287 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
288 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
289 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
290 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
291 #else
292 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
293 #endif
294 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
295
296 extern struct pglist_data *pgdat_list;
297
298 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
299                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
300 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
301                         unsigned long *free);
302 void build_all_zonelists(void);
303 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order);
304 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
305                 int alloc_type, int can_try_harder, int gfp_high);
306
307 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
308 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
309 #else
310 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
311 #endif
312
313 #ifdef CONFIG_NEED_NODE_MEMMAP_SIZE
314 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
315 #endif
316
317 /*
318  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
319  */
320 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
321
322 /**
323  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
324  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
325  *
326  * Meant to help with common loops of the form
327  * pgdat = pgdat_list;
328  * while(pgdat) {
329  *      ...
330  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
331  * }
332  */
333 #define for_each_pgdat(pgdat) \
334         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
335
336 /*
337  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
338  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
339  */
340 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
341 {
342         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
343
344         if (zone < pgdat->node_zones + MAX_NR_ZONES - 1)
345                 zone++;
346         else if (pgdat->pgdat_next) {
347                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
348                 zone = pgdat->node_zones;
349         } else
350                 zone = NULL;
351
352         return zone;
353 }
354
355 /**
356  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
357  * @zone - pointer to struct zone variable
358  *
359  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
360  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
361  * easier to read version of this piece of code:
362  *
363  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
364  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
365  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
366  *              ...
367  *      }
368  * }
369  */
370 #define for_each_zone(zone) \
371         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
372
373 static inline int is_highmem_idx(int idx)
374 {
375         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
376 }
377
378 static inline int is_normal_idx(int idx)
379 {
380         return (idx == ZONE_NORMAL);
381 }
382 /**
383  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a 
384  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
385  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
386  * @zone - pointer to struct zone variable
387  */
388 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
389 {
390         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_HIGHMEM;
391 }
392
393 static inline int is_normal(struct zone *zone)
394 {
395         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_NORMAL;
396 }
397
398 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
399 struct ctl_table;
400 struct file;
401 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *, 
402                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
403 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1];
404 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
405                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
406
407 #include <linux/topology.h>
408 /* Returns the number of the current Node. */
409 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(raw_smp_processor_id()))
410
411 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
412
413 extern struct pglist_data contig_page_data;
414 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
415 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
416 #define MAX_NODES_SHIFT         1
417 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
418
419 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
420
421 #include <asm/mmzone.h>
422
423 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
424
425 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
426 #include <asm/sparsemem.h>
427 #endif
428
429 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
430 /*
431  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
432  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
433  */
434 #define FLAGS_RESERVED          8
435
436 #elif BITS_PER_LONG == 64
437 /*
438  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
439  */
440 #define FLAGS_RESERVED          32
441
442 #else
443
444 #error BITS_PER_LONG not defined
445
446 #endif
447
448 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
449 #define early_pfn_to_nid(nid)  (0UL)
450 #endif
451
452 #define pfn_to_section_nr(pfn) ((pfn) >> PFN_SECTION_SHIFT)
453 #define section_nr_to_pfn(sec) ((sec) << PFN_SECTION_SHIFT)
454
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456
457 /*
458  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
459  *
460  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
461  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
462  */
463 #define SECTIONS_SHIFT          (MAX_PHYSMEM_BITS - SECTION_SIZE_BITS)
464
465 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
466 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
467
468 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
469
470 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
471 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
472
473 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
474 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
475 #endif
476
477 struct page;
478 struct mem_section {
479         struct page *section_mem_map;
480 };
481
482 extern struct mem_section mem_section[NR_MEM_SECTIONS];
483
484 /*
485  * Given a kernel address, find the home node of the underlying memory.
486  */
487 #define kvaddr_to_nid(kaddr)    pfn_to_nid(__pa(kaddr) >> PAGE_SHIFT)
488
489 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
490 {
491         return &mem_section[pfn_to_section_nr(pfn)];
492 }
493
494 #define pfn_to_page(pfn)                                                \
495 ({                                                                      \
496         unsigned long __pfn = (pfn);                                    \
497         __pfn_to_section(__pfn)->section_mem_map + __pfn;               \
498 })
499 #define page_to_pfn(page)                                               \
500 ({                                                                      \
501         page - mem_section[page_to_section(page)].section_mem_map;      \
502 })
503
504 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
505 {
506         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
507                 return 0;
508         return mem_section[pfn_to_section_nr(pfn)].section_mem_map != 0;
509 }
510
511 /*
512  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
513  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
514  * this restriction.
515  */
516 #ifdef CONFIG_NUMA
517 #define pfn_to_nid              early_pfn_to_nid
518 #endif
519
520 #define pfn_to_pgdat(pfn)                                               \
521 ({                                                                      \
522         NODE_DATA(pfn_to_nid(pfn));                                     \
523 })
524
525 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
526 void sparse_init(void);
527 #else
528 #define sparse_init()   do {} while (0)
529 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
530
531 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
532 #define early_pfn_in_nid(pfn, nid)      (early_pfn_to_nid(pfn) == (nid))
533 #else
534 #define early_pfn_in_nid(pfn, nid)      (1)
535 #endif
536
537 #ifndef early_pfn_valid
538 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
539 #endif
540
541 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
542 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
543
544 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
545 #endif /* __KERNEL__ */
546 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */