ac5a891f142a8176dc7c3fdd2592ef6c89511dec
[linux-2.6.git] / mm / bootmem.c
1 /*
2  *  bootmem - A boot-time physical memory allocator and configurator
3  *
4  *  Copyright (C) 1999 Ingo Molnar
5  *                1999 Kanoj Sarcar, SGI
6  *                2008 Johannes Weiner
7  *
8  * Access to this subsystem has to be serialized externally (which is true
9  * for the boot process anyway).
10  */
11 #include <linux/init.h>
12 #include <linux/pfn.h>
13 #include <linux/bootmem.h>
14 #include <linux/module.h>
15
16 #include <asm/bug.h>
17 #include <asm/io.h>
18 #include <asm/processor.h>
19
20 #include "internal.h"
21
22 unsigned long max_low_pfn;
23 unsigned long min_low_pfn;
24 unsigned long max_pfn;
25
26 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
27 /*
28  * If we have booted due to a crash, max_pfn will be a very low value. We need
29  * to know the amount of memory that the previous kernel used.
30  */
31 unsigned long saved_max_pfn;
32 #endif
33
34 bootmem_data_t bootmem_node_data[MAX_NUMNODES] __initdata;
35
36 static struct list_head bdata_list __initdata = LIST_HEAD_INIT(bdata_list);
37
38 static int bootmem_debug;
39
40 static int __init bootmem_debug_setup(char *buf)
41 {
42         bootmem_debug = 1;
43         return 0;
44 }
45 early_param("bootmem_debug", bootmem_debug_setup);
46
47 #define bdebug(fmt, args...) ({                         \
48         if (unlikely(bootmem_debug))                    \
49                 printk(KERN_INFO                        \
50                         "bootmem::%s " fmt,             \
51                         __func__, ## args);             \
52 })
53
54 static unsigned long __init bootmap_bytes(unsigned long pages)
55 {
56         unsigned long bytes = (pages + 7) / 8;
57
58         return ALIGN(bytes, sizeof(long));
59 }
60
61 /**
62  * bootmem_bootmap_pages - calculate bitmap size in pages
63  * @pages: number of pages the bitmap has to represent
64  */
65 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages(unsigned long pages)
66 {
67         unsigned long bytes = bootmap_bytes(pages);
68
69         return PAGE_ALIGN(bytes) >> PAGE_SHIFT;
70 }
71
72 /*
73  * link bdata in order
74  */
75 static void __init link_bootmem(bootmem_data_t *bdata)
76 {
77         struct list_head *iter;
78
79         list_for_each(iter, &bdata_list) {
80                 bootmem_data_t *ent;
81
82                 ent = list_entry(iter, bootmem_data_t, list);
83                 if (bdata->node_min_pfn < ent->node_min_pfn)
84                         break;
85         }
86         list_add_tail(&bdata->list, iter);
87 }
88
89 /*
90  * Called once to set up the allocator itself.
91  */
92 static unsigned long __init init_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
93         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
94 {
95         unsigned long mapsize;
96
97         mminit_validate_memmodel_limits(&start, &end);
98         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
99         bdata->node_min_pfn = start;
100         bdata->node_low_pfn = end;
101         link_bootmem(bdata);
102
103         /*
104          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
105          * register free RAM areas explicitly.
106          */
107         mapsize = bootmap_bytes(end - start);
108         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
109
110         bdebug("nid=%td start=%lx map=%lx end=%lx mapsize=%lx\n",
111                 bdata - bootmem_node_data, start, mapstart, end, mapsize);
112
113         return mapsize;
114 }
115
116 /**
117  * init_bootmem_node - register a node as boot memory
118  * @pgdat: node to register
119  * @freepfn: pfn where the bitmap for this node is to be placed
120  * @startpfn: first pfn on the node
121  * @endpfn: first pfn after the node
122  *
123  * Returns the number of bytes needed to hold the bitmap for this node.
124  */
125 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
126                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
127 {
128         return init_bootmem_core(pgdat->bdata, freepfn, startpfn, endpfn);
129 }
130
131 /**
132  * init_bootmem - register boot memory
133  * @start: pfn where the bitmap is to be placed
134  * @pages: number of available physical pages
135  *
136  * Returns the number of bytes needed to hold the bitmap.
137  */
138 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
139 {
140         max_low_pfn = pages;
141         min_low_pfn = start;
142         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, start, 0, pages);
143 }
144
145 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata)
146 {
147         int aligned;
148         struct page *page;
149         unsigned long start, end, pages, count = 0;
150
151         if (!bdata->node_bootmem_map)
152                 return 0;
153
154         start = bdata->node_min_pfn;
155         end = bdata->node_low_pfn;
156
157         /*
158          * If the start is aligned to the machines wordsize, we might
159          * be able to free pages in bulks of that order.
160          */
161         aligned = !(start & (BITS_PER_LONG - 1));
162
163         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx aligned=%d\n",
164                 bdata - bootmem_node_data, start, end, aligned);
165
166         while (start < end) {
167                 unsigned long *map, idx, vec;
168
169                 map = bdata->node_bootmem_map;
170                 idx = start - bdata->node_min_pfn;
171                 vec = ~map[idx / BITS_PER_LONG];
172
173                 if (aligned && vec == ~0UL && start + BITS_PER_LONG < end) {
174                         int order = ilog2(BITS_PER_LONG);
175
176                         __free_pages_bootmem(pfn_to_page(start), order);
177                         count += BITS_PER_LONG;
178                 } else {
179                         unsigned long off = 0;
180
181                         while (vec && off < BITS_PER_LONG) {
182                                 if (vec & 1) {
183                                         page = pfn_to_page(start + off);
184                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
185                                         count++;
186                                 }
187                                 vec >>= 1;
188                                 off++;
189                         }
190                 }
191                 start += BITS_PER_LONG;
192         }
193
194         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
195         pages = bdata->node_low_pfn - bdata->node_min_pfn;
196         pages = bootmem_bootmap_pages(pages);
197         count += pages;
198         while (pages--)
199                 __free_pages_bootmem(page++, 0);
200
201         bdebug("nid=%td released=%lx\n", bdata - bootmem_node_data, count);
202
203         return count;
204 }
205
206 /**
207  * free_all_bootmem_node - release a node's free pages to the buddy allocator
208  * @pgdat: node to be released
209  *
210  * Returns the number of pages actually released.
211  */
212 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
213 {
214         register_page_bootmem_info_node(pgdat);
215         return free_all_bootmem_core(pgdat->bdata);
216 }
217
218 /**
219  * free_all_bootmem - release free pages to the buddy allocator
220  *
221  * Returns the number of pages actually released.
222  */
223 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
224 {
225         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata);
226 }
227
228 static void __init __free(bootmem_data_t *bdata,
229                         unsigned long sidx, unsigned long eidx)
230 {
231         unsigned long idx;
232
233         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx\n", bdata - bootmem_node_data,
234                 sidx + bdata->node_min_pfn,
235                 eidx + bdata->node_min_pfn);
236
237         if (bdata->hint_idx > sidx)
238                 bdata->hint_idx = sidx;
239
240         for (idx = sidx; idx < eidx; idx++)
241                 if (!test_and_clear_bit(idx, bdata->node_bootmem_map))
242                         BUG();
243 }
244
245 static int __init __reserve(bootmem_data_t *bdata, unsigned long sidx,
246                         unsigned long eidx, int flags)
247 {
248         unsigned long idx;
249         int exclusive = flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE;
250
251         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx flags=%x\n",
252                 bdata - bootmem_node_data,
253                 sidx + bdata->node_min_pfn,
254                 eidx + bdata->node_min_pfn,
255                 flags);
256
257         for (idx = sidx; idx < eidx; idx++)
258                 if (test_and_set_bit(idx, bdata->node_bootmem_map)) {
259                         if (exclusive) {
260                                 __free(bdata, sidx, idx);
261                                 return -EBUSY;
262                         }
263                         bdebug("silent double reserve of PFN %lx\n",
264                                 idx + bdata->node_min_pfn);
265                 }
266         return 0;
267 }
268
269 static int __init mark_bootmem_node(bootmem_data_t *bdata,
270                                 unsigned long start, unsigned long end,
271                                 int reserve, int flags)
272 {
273         unsigned long sidx, eidx;
274
275         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx reserve=%d flags=%x\n",
276                 bdata - bootmem_node_data, start, end, reserve, flags);
277
278         BUG_ON(start < bdata->node_min_pfn);
279         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
280
281         sidx = start - bdata->node_min_pfn;
282         eidx = end - bdata->node_min_pfn;
283
284         if (reserve)
285                 return __reserve(bdata, sidx, eidx, flags);
286         else
287                 __free(bdata, sidx, eidx);
288         return 0;
289 }
290
291 static int __init mark_bootmem(unsigned long start, unsigned long end,
292                                 int reserve, int flags)
293 {
294         unsigned long pos;
295         bootmem_data_t *bdata;
296
297         pos = start;
298         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
299                 int err;
300                 unsigned long max;
301
302                 if (pos < bdata->node_min_pfn ||
303                     pos >= bdata->node_low_pfn) {
304                         BUG_ON(pos != start);
305                         continue;
306                 }
307
308                 max = min(bdata->node_low_pfn, end);
309
310                 err = mark_bootmem_node(bdata, pos, max, reserve, flags);
311                 if (reserve && err) {
312                         mark_bootmem(start, pos, 0, 0);
313                         return err;
314                 }
315
316                 if (max == end)
317                         return 0;
318                 pos = bdata->node_low_pfn;
319         }
320         BUG();
321 }
322
323 /**
324  * free_bootmem_node - mark a page range as usable
325  * @pgdat: node the range resides on
326  * @physaddr: starting address of the range
327  * @size: size of the range in bytes
328  *
329  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
330  *
331  * The range must reside completely on the specified node.
332  */
333 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
334                               unsigned long size)
335 {
336         unsigned long start, end;
337
338         start = PFN_UP(physaddr);
339         end = PFN_DOWN(physaddr + size);
340
341         mark_bootmem_node(pgdat->bdata, start, end, 0, 0);
342 }
343
344 /**
345  * free_bootmem - mark a page range as usable
346  * @addr: starting address of the range
347  * @size: size of the range in bytes
348  *
349  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
350  *
351  * The range must be contiguous but may span node boundaries.
352  */
353 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
354 {
355         unsigned long start, end;
356
357         start = PFN_UP(addr);
358         end = PFN_DOWN(addr + size);
359
360         mark_bootmem(start, end, 0, 0);
361 }
362
363 /**
364  * reserve_bootmem_node - mark a page range as reserved
365  * @pgdat: node the range resides on
366  * @physaddr: starting address of the range
367  * @size: size of the range in bytes
368  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
369  *
370  * Partial pages will be reserved.
371  *
372  * The range must reside completely on the specified node.
373  */
374 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
375                                  unsigned long size, int flags)
376 {
377         unsigned long start, end;
378
379         start = PFN_DOWN(physaddr);
380         end = PFN_UP(physaddr + size);
381
382         return mark_bootmem_node(pgdat->bdata, start, end, 1, flags);
383 }
384
385 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
386 /**
387  * reserve_bootmem - mark a page range as usable
388  * @addr: starting address of the range
389  * @size: size of the range in bytes
390  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
391  *
392  * Partial pages will be reserved.
393  *
394  * The range must be contiguous but may span node boundaries.
395  */
396 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
397                             int flags)
398 {
399         unsigned long start, end;
400
401         start = PFN_DOWN(addr);
402         end = PFN_UP(addr + size);
403
404         return mark_bootmem(start, end, 1, flags);
405 }
406 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
407
408 static unsigned long align_idx(struct bootmem_data *bdata, unsigned long idx,
409                         unsigned long step)
410 {
411         unsigned long base = bdata->node_min_pfn;
412
413         /*
414          * Align the index with respect to the node start so that the
415          * combination of both satisfies the requested alignment.
416          */
417
418         return ALIGN(base + idx, step) - base;
419 }
420
421 static unsigned long align_off(struct bootmem_data *bdata, unsigned long off,
422                         unsigned long align)
423 {
424         unsigned long base = PFN_PHYS(bdata->node_min_pfn);
425
426         /* Same as align_idx for byte offsets */
427
428         return ALIGN(base + off, align) - base;
429 }
430
431 static void * __init alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata,
432                                 unsigned long size, unsigned long align,
433                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
434 {
435         unsigned long fallback = 0;
436         unsigned long min, max, start, sidx, midx, step;
437
438         BUG_ON(!size);
439         BUG_ON(align & (align - 1));
440         BUG_ON(limit && goal + size > limit);
441
442         if (!bdata->node_bootmem_map)
443                 return NULL;
444
445         bdebug("nid=%td size=%lx [%lu pages] align=%lx goal=%lx limit=%lx\n",
446                 bdata - bootmem_node_data, size, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
447                 align, goal, limit);
448
449         min = bdata->node_min_pfn;
450         max = bdata->node_low_pfn;
451
452         goal >>= PAGE_SHIFT;
453         limit >>= PAGE_SHIFT;
454
455         if (limit && max > limit)
456                 max = limit;
457         if (max <= min)
458                 return NULL;
459
460         step = max(align >> PAGE_SHIFT, 1UL);
461
462         if (goal && min < goal && goal < max)
463                 start = ALIGN(goal, step);
464         else
465                 start = ALIGN(min, step);
466
467         sidx = start - bdata->node_min_pfn;
468         midx = max - bdata->node_min_pfn;
469
470         if (bdata->hint_idx > sidx) {
471                 /*
472                  * Handle the valid case of sidx being zero and still
473                  * catch the fallback below.
474                  */
475                 fallback = sidx + 1;
476                 sidx = align_idx(bdata, bdata->hint_idx, step);
477         }
478
479         while (1) {
480                 int merge;
481                 void *region;
482                 unsigned long eidx, i, start_off, end_off;
483 find_block:
484                 sidx = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, midx, sidx);
485                 sidx = align_idx(bdata, sidx, step);
486                 eidx = sidx + PFN_UP(size);
487
488                 if (sidx >= midx || eidx > midx)
489                         break;
490
491                 for (i = sidx; i < eidx; i++)
492                         if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
493                                 sidx = align_idx(bdata, i, step);
494                                 if (sidx == i)
495                                         sidx += step;
496                                 goto find_block;
497                         }
498
499                 if (bdata->last_end_off & (PAGE_SIZE - 1) &&
500                                 PFN_DOWN(bdata->last_end_off) + 1 == sidx)
501                         start_off = align_off(bdata, bdata->last_end_off, align);
502                 else
503                         start_off = PFN_PHYS(sidx);
504
505                 merge = PFN_DOWN(start_off) < sidx;
506                 end_off = start_off + size;
507
508                 bdata->last_end_off = end_off;
509                 bdata->hint_idx = PFN_UP(end_off);
510
511                 /*
512                  * Reserve the area now:
513                  */
514                 if (__reserve(bdata, PFN_DOWN(start_off) + merge,
515                                 PFN_UP(end_off), BOOTMEM_EXCLUSIVE))
516                         BUG();
517
518                 region = phys_to_virt(PFN_PHYS(bdata->node_min_pfn) +
519                                 start_off);
520                 memset(region, 0, size);
521                 return region;
522         }
523
524         if (fallback) {
525                 sidx = align_idx(bdata, fallback - 1, step);
526                 fallback = 0;
527                 goto find_block;
528         }
529
530         return NULL;
531 }
532
533 static void * __init ___alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size,
534                                         unsigned long align,
535                                         unsigned long goal,
536                                         unsigned long limit)
537 {
538         bootmem_data_t *bdata;
539
540 restart:
541         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
542                 void *region;
543
544                 if (goal && bdata->node_low_pfn <= PFN_DOWN(goal))
545                         continue;
546                 if (limit && bdata->node_min_pfn >= PFN_DOWN(limit))
547                         break;
548
549                 region = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, limit);
550                 if (region)
551                         return region;
552         }
553
554         if (goal) {
555                 goal = 0;
556                 goto restart;
557         }
558
559         return NULL;
560 }
561
562 /**
563  * __alloc_bootmem_nopanic - allocate boot memory without panicking
564  * @size: size of the request in bytes
565  * @align: alignment of the region
566  * @goal: preferred starting address of the region
567  *
568  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
569  * fall back to memory below @goal.
570  *
571  * Allocation may happen on any node in the system.
572  *
573  * Returns NULL on failure.
574  */
575 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
576                                         unsigned long goal)
577 {
578         return ___alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal, 0);
579 }
580
581 static void * __init ___alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
582                                         unsigned long goal, unsigned long limit)
583 {
584         void *mem = ___alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal, limit);
585
586         if (mem)
587                 return mem;
588         /*
589          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
590          */
591         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
592         panic("Out of memory");
593         return NULL;
594 }
595
596 /**
597  * __alloc_bootmem - allocate boot memory
598  * @size: size of the request in bytes
599  * @align: alignment of the region
600  * @goal: preferred starting address of the region
601  *
602  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
603  * fall back to memory below @goal.
604  *
605  * Allocation may happen on any node in the system.
606  *
607  * The function panics if the request can not be satisfied.
608  */
609 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
610                               unsigned long goal)
611 {
612         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, 0);
613 }
614
615 static void * __init ___alloc_bootmem_node(bootmem_data_t *bdata,
616                                 unsigned long size, unsigned long align,
617                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
618 {
619         void *ptr;
620
621         ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, limit);
622         if (ptr)
623                 return ptr;
624
625         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, limit);
626 }
627
628 /**
629  * __alloc_bootmem_node - allocate boot memory from a specific node
630  * @pgdat: node to allocate from
631  * @size: size of the request in bytes
632  * @align: alignment of the region
633  * @goal: preferred starting address of the region
634  *
635  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
636  * fall back to memory below @goal.
637  *
638  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
639  * can not hold the requested memory.
640  *
641  * The function panics if the request can not be satisfied.
642  */
643 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
644                                    unsigned long align, unsigned long goal)
645 {
646         return ___alloc_bootmem_node(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
647 }
648
649 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
650 /**
651  * alloc_bootmem_section - allocate boot memory from a specific section
652  * @size: size of the request in bytes
653  * @section_nr: sparse map section to allocate from
654  *
655  * Return NULL on failure.
656  */
657 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
658                                     unsigned long section_nr)
659 {
660         bootmem_data_t *bdata;
661         unsigned long pfn, goal, limit;
662
663         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
664         goal = pfn << PAGE_SHIFT;
665         limit = section_nr_to_pfn(section_nr + 1) << PAGE_SHIFT;
666         bdata = &bootmem_node_data[early_pfn_to_nid(pfn)];
667
668         return alloc_bootmem_core(bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal, limit);
669 }
670 #endif
671
672 void * __init __alloc_bootmem_node_nopanic(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
673                                    unsigned long align, unsigned long goal)
674 {
675         void *ptr;
676
677         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
678         if (ptr)
679                 return ptr;
680
681         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal);
682 }
683
684 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
685 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
686 #endif
687
688 /**
689  * __alloc_bootmem_low - allocate low boot memory
690  * @size: size of the request in bytes
691  * @align: alignment of the region
692  * @goal: preferred starting address of the region
693  *
694  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
695  * fall back to memory below @goal.
696  *
697  * Allocation may happen on any node in the system.
698  *
699  * The function panics if the request can not be satisfied.
700  */
701 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
702                                   unsigned long goal)
703 {
704         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
705 }
706
707 /**
708  * __alloc_bootmem_low_node - allocate low boot memory from a specific node
709  * @pgdat: node to allocate from
710  * @size: size of the request in bytes
711  * @align: alignment of the region
712  * @goal: preferred starting address of the region
713  *
714  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
715  * fall back to memory below @goal.
716  *
717  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
718  * can not hold the requested memory.
719  *
720  * The function panics if the request can not be satisfied.
721  */
722 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
723                                        unsigned long align, unsigned long goal)
724 {
725         return ___alloc_bootmem_node(pgdat->bdata, size, align,
726                                 goal, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
727 }