[PATCH] uninline zone helpers
[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 <linux/seqlock.h>
16 #include <linux/nodemask.h>
17 #include <asm/atomic.h>
18
19 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
20 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
21 #define MAX_ORDER 11
22 #else
23 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
24 #endif
25
26 struct free_area {
27         struct list_head        free_list;
28         unsigned long           nr_free;
29 };
30
31 struct pglist_data;
32
33 /*
34  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
35  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
36  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
37  * consumption is not a concern here.
38  */
39 #if defined(CONFIG_SMP)
40 struct zone_padding {
41         char x[0];
42 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
43 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
44 #else
45 #define ZONE_PADDING(name)
46 #endif
47
48 struct per_cpu_pages {
49         int count;              /* number of pages in the list */
50         int high;               /* high watermark, emptying needed */
51         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
52         struct list_head list;  /* the list of pages */
53 };
54
55 struct per_cpu_pageset {
56         struct per_cpu_pages pcp[2];    /* 0: hot.  1: cold */
57 #ifdef CONFIG_NUMA
58         unsigned long numa_hit;         /* allocated in intended node */
59         unsigned long numa_miss;        /* allocated in non intended node */
60         unsigned long numa_foreign;     /* was intended here, hit elsewhere */
61         unsigned long interleave_hit;   /* interleaver prefered this zone */
62         unsigned long local_node;       /* allocation from local node */
63         unsigned long other_node;       /* allocation from other node */
64 #endif
65 } ____cacheline_aligned_in_smp;
66
67 #ifdef CONFIG_NUMA
68 #define zone_pcp(__z, __cpu) ((__z)->pageset[(__cpu)])
69 #else
70 #define zone_pcp(__z, __cpu) (&(__z)->pageset[(__cpu)])
71 #endif
72
73 #define ZONE_DMA                0
74 #define ZONE_DMA32              1
75 #define ZONE_NORMAL             2
76 #define ZONE_HIGHMEM            3
77
78 #define MAX_NR_ZONES            4       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
79 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
80
81
82 /*
83  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
84  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
85  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
86  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
87  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
88  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
89  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
90  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
91  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
92  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
93  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
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 for GFP_ZONETYPES when the left most bit is not
103  * a "loner", otherwise use the second.
104  *
105  * NOTE! Make sure this matches the zones in <linux/gfp.h>
106  */
107 #define GFP_ZONEMASK    0x07
108 /* #define GFP_ZONETYPES       (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
109 #define GFP_ZONETYPES  ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
110
111 /*
112  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
113  * into multiple physical zones. On a 32bit PC we have 4 zones:
114  *
115  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
116  * ZONE_DMA32        0 MB       Empty
117  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
118  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
119  */
120
121 struct zone {
122         /* Fields commonly accessed by the page allocator */
123         unsigned long           free_pages;
124         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
125         /*
126          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
127          * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
128          * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
129          * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
130          * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
131          * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
132          */
133         unsigned long           lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
134
135 #ifdef CONFIG_NUMA
136         struct per_cpu_pageset  *pageset[NR_CPUS];
137 #else
138         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
139 #endif
140         /*
141          * free areas of different sizes
142          */
143         spinlock_t              lock;
144 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
145         /* see spanned/present_pages for more description */
146         seqlock_t               span_seqlock;
147 #endif
148         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
149
150
151         ZONE_PADDING(_pad1_)
152
153         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
154         spinlock_t              lru_lock;       
155         struct list_head        active_list;
156         struct list_head        inactive_list;
157         unsigned long           nr_scan_active;
158         unsigned long           nr_scan_inactive;
159         unsigned long           nr_active;
160         unsigned long           nr_inactive;
161         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
162         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
163
164         /* A count of how many reclaimers are scanning this zone */
165         atomic_t                reclaim_in_progress;
166
167         /*
168          * timestamp (in jiffies) of the last zone reclaim that did not
169          * result in freeing of pages. This is used to avoid repeated scans
170          * if all memory in the zone is in use.
171          */
172         unsigned long           last_unsuccessful_zone_reclaim;
173
174         /*
175          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
176          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
177          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
178          * invokation.
179          *
180          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
181          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
182          * pages.
183          *
184          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
185          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
186          *
187          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
188          * it is expected to average out OK.
189          */
190         int temp_priority;
191         int prev_priority;
192
193
194         ZONE_PADDING(_pad2_)
195         /* Rarely used or read-mostly fields */
196
197         /*
198          * wait_table           -- the array holding the hash table
199          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
200          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
201          *
202          * The purpose of all these is to keep track of the people
203          * waiting for a page to become available and make them
204          * runnable again when possible. The trouble is that this
205          * consumes a lot of space, especially when so few things
206          * wait on pages at a given time. So instead of using
207          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
208          *
209          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
210          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
211          * When something wakes, it must check to be sure its page is
212          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
213          * collision is great, but given the expected load of the
214          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
215          * benefits from the saved space.
216          *
217          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
218          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
219          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
220          */
221         wait_queue_head_t       * wait_table;
222         unsigned long           wait_table_size;
223         unsigned long           wait_table_bits;
224
225         /*
226          * Discontig memory support fields.
227          */
228         struct pglist_data      *zone_pgdat;
229         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
230         unsigned long           zone_start_pfn;
231
232         /*
233          * zone_start_pfn, spanned_pages and present_pages are all
234          * protected by span_seqlock.  It is a seqlock because it has
235          * to be read outside of zone->lock, and it is done in the main
236          * allocator path.  But, it is written quite infrequently.
237          *
238          * The lock is declared along with zone->lock because it is
239          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
240          * give them a chance of being in the same cacheline.
241          */
242         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
243         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
244
245         /*
246          * rarely used fields:
247          */
248         char                    *name;
249 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
250
251
252 /*
253  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
254  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
255  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
256  */
257 #define DEF_PRIORITY 12
258
259 /*
260  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
261  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
262  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
263  * priority.
264  *
265  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
266  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
267  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
268  * footprint of this construct is very small.
269  */
270 struct zonelist {
271         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
272 };
273
274
275 /*
276  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
277  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
278  * zone denotes.
279  *
280  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
281  * it's memory layout.
282  *
283  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
284  * per-zone basis.
285  */
286 struct bootmem_data;
287 typedef struct pglist_data {
288         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
289         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
290         int nr_zones;
291 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
292         struct page *node_mem_map;
293 #endif
294         struct bootmem_data *bdata;
295 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
296         /*
297          * Must be held any time you expect node_start_pfn, node_present_pages
298          * or node_spanned_pages stay constant.  Holding this will also
299          * guarantee that any pfn_valid() stays that way.
300          *
301          * Nests above zone->lock and zone->size_seqlock.
302          */
303         spinlock_t node_size_lock;
304 #endif
305         unsigned long node_start_pfn;
306         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
307         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
308                                              range, including holes */
309         int node_id;
310         wait_queue_head_t kswapd_wait;
311         struct task_struct *kswapd;
312         int kswapd_max_order;
313 } pg_data_t;
314
315 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
316 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
317 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
318 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
319 #else
320 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
321 #endif
322 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
323
324 #include <linux/memory_hotplug.h>
325
326 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
327                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
328 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
329                         unsigned long *free);
330 void build_all_zonelists(void);
331 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order);
332 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
333                 int classzone_idx, int alloc_flags);
334
335 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
336 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
337 #else
338 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
339 #endif
340
341 #ifdef CONFIG_NEED_NODE_MEMMAP_SIZE
342 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
343 #endif
344
345 /*
346  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
347  */
348 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
349
350 static inline int populated_zone(struct zone *zone)
351 {
352         return (!!zone->present_pages);
353 }
354
355 static inline int is_highmem_idx(int idx)
356 {
357         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
358 }
359
360 static inline int is_normal_idx(int idx)
361 {
362         return (idx == ZONE_NORMAL);
363 }
364
365 /**
366  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a 
367  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
368  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
369  * @zone - pointer to struct zone variable
370  */
371 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
372 {
373         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_HIGHMEM;
374 }
375
376 static inline int is_normal(struct zone *zone)
377 {
378         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_NORMAL;
379 }
380
381 static inline int is_dma32(struct zone *zone)
382 {
383         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_DMA32;
384 }
385
386 static inline int is_dma(struct zone *zone)
387 {
388         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_DMA;
389 }
390
391 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
392 struct ctl_table;
393 struct file;
394 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *, 
395                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
396 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1];
397 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
398                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
399 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
400                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
401
402 #include <linux/topology.h>
403 /* Returns the number of the current Node. */
404 #ifndef numa_node_id
405 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(raw_smp_processor_id()))
406 #endif
407
408 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
409
410 extern struct pglist_data contig_page_data;
411 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
412 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
413 #define MAX_NODES_SHIFT         1
414
415 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
416
417 #include <asm/mmzone.h>
418
419 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
420
421 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
422 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
423 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
424
425 /**
426  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
427  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
428  */
429 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
430         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
431              pgdat;                                     \
432              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
433 /**
434  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
435  * @zone - pointer to struct zone variable
436  *
437  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
438  * fills it in.
439  */
440 #define for_each_zone(zone)                             \
441         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
442              zone;                                      \
443              zone = next_zone(zone))
444
445 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
446 #include <asm/sparsemem.h>
447 #endif
448
449 #if BITS_PER_LONG == 32
450 /*
451  * with 32 bit page->flags field, we reserve 9 bits for node/zone info.
452  * there are 4 zones (3 bits) and this leaves 9-3=6 bits for nodes.
453  */
454 #define FLAGS_RESERVED          9
455
456 #elif BITS_PER_LONG == 64
457 /*
458  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
459  */
460 #define FLAGS_RESERVED          32
461
462 #else
463
464 #error BITS_PER_LONG not defined
465
466 #endif
467
468 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
469 #define early_pfn_to_nid(nid)  (0UL)
470 #endif
471
472 #ifdef CONFIG_FLATMEM
473 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
474 #endif
475
476 #define pfn_to_section_nr(pfn) ((pfn) >> PFN_SECTION_SHIFT)
477 #define section_nr_to_pfn(sec) ((sec) << PFN_SECTION_SHIFT)
478
479 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
480
481 /*
482  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
483  *
484  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
485  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
486  */
487 #define SECTIONS_SHIFT          (MAX_PHYSMEM_BITS - SECTION_SIZE_BITS)
488
489 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
490 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
491
492 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
493
494 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
495 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
496
497 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
498 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
499 #endif
500
501 struct page;
502 struct mem_section {
503         /*
504          * This is, logically, a pointer to an array of struct
505          * pages.  However, it is stored with some other magic.
506          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
507          *
508          * Making it a UL at least makes someone do a cast
509          * before using it wrong.
510          */
511         unsigned long section_mem_map;
512 };
513
514 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
515 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
516 #else
517 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
518 #endif
519
520 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
521 #define NR_SECTION_ROOTS        (NR_MEM_SECTIONS / SECTIONS_PER_ROOT)
522 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
523
524 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
525 extern struct mem_section *mem_section[NR_SECTION_ROOTS];
526 #else
527 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
528 #endif
529
530 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
531 {
532         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
533                 return NULL;
534         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
535 }
536 extern int __section_nr(struct mem_section* ms);
537
538 /*
539  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
540  * a little bit of information.  There should be at least
541  * 3 bits here due to 32-bit alignment.
542  */
543 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
544 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
545 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<2)
546 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
547
548 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
549 {
550         unsigned long map = section->section_mem_map;
551         map &= SECTION_MAP_MASK;
552         return (struct page *)map;
553 }
554
555 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
556 {
557         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
558 }
559
560 static inline int section_has_mem_map(struct mem_section *section)
561 {
562         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
563 }
564
565 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
566 {
567         return valid_section(__nr_to_section(nr));
568 }
569
570 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
571 {
572         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
573 }
574
575 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
576 {
577         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
578                 return 0;
579         return valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
580 }
581
582 /*
583  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
584  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
585  * this restriction.
586  */
587 #ifdef CONFIG_NUMA
588 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
589 ({                                                                      \
590         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
591         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
592 })
593 #else
594 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
595 #endif
596
597 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
598 void sparse_init(void);
599 #else
600 #define sparse_init()   do {} while (0)
601 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
602 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
603
604 #ifndef early_pfn_valid
605 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
606 #endif
607
608 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
609 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
610
611 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
612 #endif /* __KERNEL__ */
613 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */