[PATCH] VM: early zone reclaim
[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 #define ZONE_DMA                0
67 #define ZONE_NORMAL             1
68 #define ZONE_HIGHMEM            2
69
70 #define MAX_NR_ZONES            3       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
71 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
72
73
74 /*
75  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
76  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
77  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
78  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
79  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
80  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
81  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
82  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
83  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
84  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
85  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
86  */
87 #define GFP_ZONEMASK    0x03
88 /*
89  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
90  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
91  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
92  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
93  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
94  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
95  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
96  * Use the first form when the left most bit is not a "loner", otherwise
97  * use the second.
98  */
99 /* #define GFP_ZONETYPES        (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
100 #define GFP_ZONETYPES   ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
101
102 /*
103  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
104  * into multiple physical zones. On a PC we have 3 zones:
105  *
106  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
107  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
108  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
109  */
110
111 struct zone {
112         /* Fields commonly accessed by the page allocator */
113         unsigned long           free_pages;
114         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
115         /*
116          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
117          * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
118          * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
119          * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
120          * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
121          * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
122          */
123         unsigned long           lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
124
125         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
126
127         /*
128          * free areas of different sizes
129          */
130         spinlock_t              lock;
131         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
132
133
134         ZONE_PADDING(_pad1_)
135
136         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
137         spinlock_t              lru_lock;       
138         struct list_head        active_list;
139         struct list_head        inactive_list;
140         unsigned long           nr_scan_active;
141         unsigned long           nr_scan_inactive;
142         unsigned long           nr_active;
143         unsigned long           nr_inactive;
144         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
145         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
146
147         /*
148          * Does the allocator try to reclaim pages from the zone as soon
149          * as it fails a watermark_ok() in __alloc_pages?
150          */
151         int                     reclaim_pages;
152
153         /*
154          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
155          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
156          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
157          * invokation.
158          *
159          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
160          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
161          * pages.
162          *
163          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
164          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
165          *
166          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
167          * it is expected to average out OK.
168          */
169         int temp_priority;
170         int prev_priority;
171
172
173         ZONE_PADDING(_pad2_)
174         /* Rarely used or read-mostly fields */
175
176         /*
177          * wait_table           -- the array holding the hash table
178          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
179          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
180          *
181          * The purpose of all these is to keep track of the people
182          * waiting for a page to become available and make them
183          * runnable again when possible. The trouble is that this
184          * consumes a lot of space, especially when so few things
185          * wait on pages at a given time. So instead of using
186          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
187          *
188          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
189          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
190          * When something wakes, it must check to be sure its page is
191          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
192          * collision is great, but given the expected load of the
193          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
194          * benefits from the saved space.
195          *
196          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
197          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
198          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
199          */
200         wait_queue_head_t       * wait_table;
201         unsigned long           wait_table_size;
202         unsigned long           wait_table_bits;
203
204         /*
205          * Discontig memory support fields.
206          */
207         struct pglist_data      *zone_pgdat;
208         struct page             *zone_mem_map;
209         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
210         unsigned long           zone_start_pfn;
211
212         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
213         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
214
215         /*
216          * rarely used fields:
217          */
218         char                    *name;
219 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
220
221
222 /*
223  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
224  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
225  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
226  */
227 #define DEF_PRIORITY 12
228
229 /*
230  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
231  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
232  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
233  * priority.
234  *
235  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
236  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
237  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
238  * footprint of this construct is very small.
239  */
240 struct zonelist {
241         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
242 };
243
244
245 /*
246  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
247  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
248  * zone denotes.
249  *
250  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
251  * it's memory layout.
252  *
253  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
254  * per-zone basis.
255  */
256 struct bootmem_data;
257 typedef struct pglist_data {
258         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
259         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
260         int nr_zones;
261         struct page *node_mem_map;
262         struct bootmem_data *bdata;
263         unsigned long node_start_pfn;
264         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
265         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
266                                              range, including holes */
267         int node_id;
268         struct pglist_data *pgdat_next;
269         wait_queue_head_t kswapd_wait;
270         struct task_struct *kswapd;
271         int kswapd_max_order;
272 } pg_data_t;
273
274 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
275 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
276
277 extern struct pglist_data *pgdat_list;
278
279 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
280                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
281 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
282                         unsigned long *free);
283 void build_all_zonelists(void);
284 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order);
285 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
286                 int alloc_type, int can_try_harder, int gfp_high);
287
288 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
289 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
290 #else
291 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
292 #endif
293
294 #ifdef CONFIG_NEED_NODE_MEMMAP_SIZE
295 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
296 #endif
297
298 /*
299  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
300  */
301 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
302
303 /**
304  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
305  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
306  *
307  * Meant to help with common loops of the form
308  * pgdat = pgdat_list;
309  * while(pgdat) {
310  *      ...
311  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
312  * }
313  */
314 #define for_each_pgdat(pgdat) \
315         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
316
317 /*
318  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
319  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
320  */
321 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
322 {
323         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
324
325         if (zone < pgdat->node_zones + MAX_NR_ZONES - 1)
326                 zone++;
327         else if (pgdat->pgdat_next) {
328                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
329                 zone = pgdat->node_zones;
330         } else
331                 zone = NULL;
332
333         return zone;
334 }
335
336 /**
337  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
338  * @zone - pointer to struct zone variable
339  *
340  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
341  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
342  * easier to read version of this piece of code:
343  *
344  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
345  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
346  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
347  *              ...
348  *      }
349  * }
350  */
351 #define for_each_zone(zone) \
352         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
353
354 static inline int is_highmem_idx(int idx)
355 {
356         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
357 }
358
359 static inline int is_normal_idx(int idx)
360 {
361         return (idx == ZONE_NORMAL);
362 }
363 /**
364  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a 
365  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
366  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
367  * @zone - pointer to struct zone variable
368  */
369 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
370 {
371         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_HIGHMEM;
372 }
373
374 static inline int is_normal(struct zone *zone)
375 {
376         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_NORMAL;
377 }
378
379 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
380 struct ctl_table;
381 struct file;
382 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *, 
383                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
384 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1];
385 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
386                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
387
388 #include <linux/topology.h>
389 /* Returns the number of the current Node. */
390 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(raw_smp_processor_id()))
391
392 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
393
394 extern struct pglist_data contig_page_data;
395 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
396 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
397 #define MAX_NODES_SHIFT         1
398 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
399
400 #else /* CONFIG_DISCONTIGMEM */
401
402 #include <asm/mmzone.h>
403
404 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
405 /*
406  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
407  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
408  */
409 #define MAX_NODES_SHIFT         6
410 #elif BITS_PER_LONG == 64
411 /*
412  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
413  */
414 #define MAX_NODES_SHIFT         10
415 #endif
416
417 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
418
419 #if NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
420 #error NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
421 #endif
422
423 /* There are currently 3 zones: DMA, Normal & Highmem, thus we need 2 bits */
424 #define MAX_ZONES_SHIFT         2
425
426 #if ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
427 #error ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
428 #endif
429
430 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
431 #endif /* __KERNEL__ */
432 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */