[PATCH] Cleanup bootmem allocator and fix alloc_bootmem_low
[linux-2.6.git] / mm / bootmem.c
1 /*
2  *  linux/mm/bootmem.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1999 Ingo Molnar
5  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
6  *
7  *  simple boot-time physical memory area allocator and
8  *  free memory collector. It's used to deal with reserved
9  *  system memory and memory holes as well.
10  */
11
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/kernel_stat.h>
14 #include <linux/swap.h>
15 #include <linux/interrupt.h>
16 #include <linux/init.h>
17 #include <linux/bootmem.h>
18 #include <linux/mmzone.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <asm/dma.h>
21 #include <asm/io.h>
22 #include "internal.h"
23
24 /*
25  * Access to this subsystem has to be serialized externally. (this is
26  * true for the boot process anyway)
27  */
28 unsigned long max_low_pfn;
29 unsigned long min_low_pfn;
30 unsigned long max_pfn;
31
32 EXPORT_SYMBOL(max_pfn);         /* This is exported so
33                                  * dma_get_required_mask(), which uses
34                                  * it, can be an inline function */
35
36 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
37 /*
38  * If we have booted due to a crash, max_pfn will be a very low value. We need
39  * to know the amount of memory that the previous kernel used.
40  */
41 unsigned long saved_max_pfn;
42 #endif
43
44 /* return the number of _pages_ that will be allocated for the boot bitmap */
45 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages (unsigned long pages)
46 {
47         unsigned long mapsize;
48
49         mapsize = (pages+7)/8;
50         mapsize = (mapsize + ~PAGE_MASK) & PAGE_MASK;
51         mapsize >>= PAGE_SHIFT;
52
53         return mapsize;
54 }
55
56 /*
57  * Called once to set up the allocator itself.
58  */
59 static unsigned long __init init_bootmem_core (pg_data_t *pgdat,
60         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
61 {
62         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
63         unsigned long mapsize = ((end - start)+7)/8;
64
65         pgdat->pgdat_next = pgdat_list;
66         pgdat_list = pgdat;
67
68         mapsize = ALIGN(mapsize, sizeof(long));
69         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(mapstart << PAGE_SHIFT);
70         bdata->node_boot_start = (start << PAGE_SHIFT);
71         bdata->node_low_pfn = end;
72
73         /*
74          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
75          * register free RAM areas explicitly.
76          */
77         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
78
79         return mapsize;
80 }
81
82 /*
83  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
84  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
85  * to the free page pool later on.
86  */
87 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr, unsigned long size)
88 {
89         unsigned long i;
90         /*
91          * round up, partially reserved pages are considered
92          * fully reserved.
93          */
94         unsigned long sidx = (addr - bdata->node_boot_start)/PAGE_SIZE;
95         unsigned long eidx = (addr + size - bdata->node_boot_start + 
96                                                         PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
97         unsigned long end = (addr + size + PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
98
99         BUG_ON(!size);
100         BUG_ON(sidx >= eidx);
101         BUG_ON((addr >> PAGE_SHIFT) >= bdata->node_low_pfn);
102         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
103
104         for (i = sidx; i < eidx; i++)
105                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
106 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
107                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
108 #endif
109                 }
110 }
111
112 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr, unsigned long size)
113 {
114         unsigned long i;
115         unsigned long start;
116         /*
117          * round down end of usable mem, partially free pages are
118          * considered reserved.
119          */
120         unsigned long sidx;
121         unsigned long eidx = (addr + size - bdata->node_boot_start)/PAGE_SIZE;
122         unsigned long end = (addr + size)/PAGE_SIZE;
123
124         BUG_ON(!size);
125         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
126
127         if (addr < bdata->last_success)
128                 bdata->last_success = addr;
129
130         /*
131          * Round up the beginning of the address.
132          */
133         start = (addr + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
134         sidx = start - (bdata->node_boot_start/PAGE_SIZE);
135
136         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
137                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
138                         BUG();
139         }
140 }
141
142 /*
143  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
144  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
145  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
146  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
147  * is not a problem.
148  *
149  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
150  *
151  * alignment has to be a power of 2 value.
152  *
153  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
154  */
155 static void * __init
156 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
157               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
158 {
159         unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
160         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn = bdata->node_low_pfn;
161         void *ret;
162
163         if(!size) {
164                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
165                 BUG();
166         }
167         BUG_ON(align & (align-1));
168
169         if (limit && bdata->node_boot_start >= limit)
170                 return NULL;
171
172         limit >>=PAGE_SHIFT;
173         if (limit && end_pfn > limit)
174                 end_pfn = limit;
175
176         eidx = end_pfn - (bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT);
177         offset = 0;
178         if (align &&
179             (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
180                 offset = (align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)));
181         offset >>= PAGE_SHIFT;
182
183         /*
184          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
185          * first, then we try to allocate lower pages.
186          */
187         if (goal && (goal >= bdata->node_boot_start) && 
188             ((goal >> PAGE_SHIFT) < end_pfn)) {
189                 preferred = goal - bdata->node_boot_start;
190
191                 if (bdata->last_success >= preferred)
192                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
193                                 preferred = bdata->last_success;
194         } else
195                 preferred = 0;
196
197         preferred = ALIGN(preferred, align) >> PAGE_SHIFT;
198         preferred += offset;
199         areasize = (size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
200         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
201
202 restart_scan:
203         for (i = preferred; i < eidx; i += incr) {
204                 unsigned long j;
205                 i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
206                 i = ALIGN(i, incr);
207                 if (i >= eidx)
208                         break;
209                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
210                         continue;
211                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
212                         if (j >= eidx)
213                                 goto fail_block;
214                         if (test_bit (j, bdata->node_bootmem_map))
215                                 goto fail_block;
216                 }
217                 start = i;
218                 goto found;
219         fail_block:
220                 i = ALIGN(j, incr);
221         }
222
223         if (preferred > offset) {
224                 preferred = offset;
225                 goto restart_scan;
226         }
227         return NULL;
228
229 found:
230         bdata->last_success = start << PAGE_SHIFT;
231         BUG_ON(start >= eidx);
232
233         /*
234          * Is the next page of the previous allocation-end the start
235          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
236          * the previous partial page with this allocation.
237          */
238         if (align < PAGE_SIZE &&
239             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
240                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
241                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
242                 remaining_size = PAGE_SIZE-offset;
243                 if (size < remaining_size) {
244                         areasize = 0;
245                         /* last_pos unchanged */
246                         bdata->last_offset = offset+size;
247                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
248                                                 bdata->node_boot_start);
249                 } else {
250                         remaining_size = size - remaining_size;
251                         areasize = (remaining_size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
252                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
253                                                 bdata->node_boot_start);
254                         bdata->last_pos = start+areasize-1;
255                         bdata->last_offset = remaining_size;
256                 }
257                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
258         } else {
259                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
260                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
261                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
262         }
263
264         /*
265          * Reserve the area now:
266          */
267         for (i = start; i < start+areasize; i++)
268                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
269                         BUG();
270         memset(ret, 0, size);
271         return ret;
272 }
273
274 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
275 {
276         struct page *page;
277         unsigned long pfn;
278         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
279         unsigned long i, count, total = 0;
280         unsigned long idx;
281         unsigned long *map; 
282         int gofast = 0;
283
284         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
285
286         count = 0;
287         /* first extant page of the node */
288         pfn = bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT;
289         idx = bdata->node_low_pfn - (bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT);
290         map = bdata->node_bootmem_map;
291         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
292         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
293             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
294                 gofast = 1;
295         for (i = 0; i < idx; ) {
296                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
297
298                 if (gofast && v == ~0UL) {
299                         int j, order;
300
301                         page = pfn_to_page(pfn);
302                         count += BITS_PER_LONG;
303                         __ClearPageReserved(page);
304                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
305                         set_page_refs(page, order);
306                         for (j = 1; j < BITS_PER_LONG; j++) {
307                                 if (j + 16 < BITS_PER_LONG)
308                                         prefetchw(page + j + 16);
309                                 __ClearPageReserved(page + j);
310                                 set_page_count(page + j, 0);
311                         }
312                         __free_pages(page, order);
313                         i += BITS_PER_LONG;
314                         page += BITS_PER_LONG;
315                 } else if (v) {
316                         unsigned long m;
317
318                         page = pfn_to_page(pfn);
319                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
320                                 if (v & m) {
321                                         count++;
322                                         __ClearPageReserved(page);
323                                         set_page_refs(page, 0);
324                                         __free_page(page);
325                                 }
326                         }
327                 } else {
328                         i+=BITS_PER_LONG;
329                 }
330                 pfn += BITS_PER_LONG;
331         }
332         total += count;
333
334         /*
335          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
336          * needed anymore:
337          */
338         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
339         count = 0;
340         for (i = 0; i < ((bdata->node_low_pfn-(bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT))/8 + PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE; i++,page++) {
341                 count++;
342                 __ClearPageReserved(page);
343                 set_page_count(page, 1);
344                 __free_page(page);
345         }
346         total += count;
347         bdata->node_bootmem_map = NULL;
348
349         return total;
350 }
351
352 unsigned long __init init_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn, unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
353 {
354         return(init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn));
355 }
356
357 void __init reserve_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
358 {
359         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
360 }
361
362 void __init free_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
363 {
364         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
365 }
366
367 unsigned long __init free_all_bootmem_node (pg_data_t *pgdat)
368 {
369         return(free_all_bootmem_core(pgdat));
370 }
371
372 unsigned long __init init_bootmem (unsigned long start, unsigned long pages)
373 {
374         max_low_pfn = pages;
375         min_low_pfn = start;
376         return(init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages));
377 }
378
379 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
380 void __init reserve_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
381 {
382         reserve_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
383 }
384 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
385
386 void __init free_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
387 {
388         free_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
389 }
390
391 unsigned long __init free_all_bootmem (void)
392 {
393         return(free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0)));
394 }
395
396 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align, unsigned long goal)
397 {
398         pg_data_t *pgdat = pgdat_list;
399         void *ptr;
400
401         for_each_pgdat(pgdat)
402                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size,
403                                                  align, goal, 0)))
404                         return(ptr);
405
406         /*
407          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
408          */
409         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
410         panic("Out of memory");
411         return NULL;
412 }
413
414
415 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size, unsigned long align,
416                                    unsigned long goal)
417 {
418         void *ptr;
419
420         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
421         if (ptr)
422                 return (ptr);
423
424         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
425 }
426
427 #define LOW32LIMIT 0xffffffff
428
429 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align, unsigned long goal)
430 {
431         pg_data_t *pgdat = pgdat_list;
432         void *ptr;
433
434         for_each_pgdat(pgdat)
435                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size,
436                                                  align, goal, LOW32LIMIT)))
437                         return(ptr);
438
439         /*
440          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
441          */
442         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
443         panic("Out of low memory");
444         return NULL;
445 }
446
447 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
448                                        unsigned long align, unsigned long goal)
449 {
450         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, LOW32LIMIT);
451 }