[PATCH] swiotlb: make sure initial DMA allocations really are in DMA memory
[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 (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
208                         continue;
209                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
210                         if (j >= eidx)
211                                 goto fail_block;
212                         if (test_bit (j, bdata->node_bootmem_map))
213                                 goto fail_block;
214                 }
215                 start = i;
216                 goto found;
217         fail_block:
218                 i = ALIGN(j, incr);
219         }
220
221         if (preferred > offset) {
222                 preferred = offset;
223                 goto restart_scan;
224         }
225         return NULL;
226
227 found:
228         bdata->last_success = start << PAGE_SHIFT;
229         BUG_ON(start >= eidx);
230
231         /*
232          * Is the next page of the previous allocation-end the start
233          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
234          * the previous partial page with this allocation.
235          */
236         if (align < PAGE_SIZE &&
237             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
238                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
239                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
240                 remaining_size = PAGE_SIZE-offset;
241                 if (size < remaining_size) {
242                         areasize = 0;
243                         /* last_pos unchanged */
244                         bdata->last_offset = offset+size;
245                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
246                                                 bdata->node_boot_start);
247                 } else {
248                         remaining_size = size - remaining_size;
249                         areasize = (remaining_size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
250                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
251                                                 bdata->node_boot_start);
252                         bdata->last_pos = start+areasize-1;
253                         bdata->last_offset = remaining_size;
254                 }
255                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
256         } else {
257                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
258                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
259                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
260         }
261
262         /*
263          * Reserve the area now:
264          */
265         for (i = start; i < start+areasize; i++)
266                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
267                         BUG();
268         memset(ret, 0, size);
269         return ret;
270 }
271
272 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
273 {
274         struct page *page;
275         unsigned long pfn;
276         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
277         unsigned long i, count, total = 0;
278         unsigned long idx;
279         unsigned long *map; 
280         int gofast = 0;
281
282         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
283
284         count = 0;
285         /* first extant page of the node */
286         pfn = bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT;
287         idx = bdata->node_low_pfn - (bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT);
288         map = bdata->node_bootmem_map;
289         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
290         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
291             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
292                 gofast = 1;
293         for (i = 0; i < idx; ) {
294                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
295
296                 if (gofast && v == ~0UL) {
297                         int j, order;
298
299                         page = pfn_to_page(pfn);
300                         count += BITS_PER_LONG;
301                         __ClearPageReserved(page);
302                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
303                         set_page_refs(page, order);
304                         for (j = 1; j < BITS_PER_LONG; j++) {
305                                 if (j + 16 < BITS_PER_LONG)
306                                         prefetchw(page + j + 16);
307                                 __ClearPageReserved(page + j);
308                         }
309                         __free_pages(page, order);
310                         i += BITS_PER_LONG;
311                         page += BITS_PER_LONG;
312                 } else if (v) {
313                         unsigned long m;
314
315                         page = pfn_to_page(pfn);
316                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
317                                 if (v & m) {
318                                         count++;
319                                         __ClearPageReserved(page);
320                                         set_page_refs(page, 0);
321                                         __free_page(page);
322                                 }
323                         }
324                 } else {
325                         i+=BITS_PER_LONG;
326                 }
327                 pfn += BITS_PER_LONG;
328         }
329         total += count;
330
331         /*
332          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
333          * needed anymore:
334          */
335         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
336         count = 0;
337         for (i = 0; i < ((bdata->node_low_pfn-(bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT))/8 + PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE; i++,page++) {
338                 count++;
339                 __ClearPageReserved(page);
340                 set_page_count(page, 1);
341                 __free_page(page);
342         }
343         total += count;
344         bdata->node_bootmem_map = NULL;
345
346         return total;
347 }
348
349 unsigned long __init init_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn, unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
350 {
351         return(init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn));
352 }
353
354 void __init reserve_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
355 {
356         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
357 }
358
359 void __init free_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
360 {
361         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
362 }
363
364 unsigned long __init free_all_bootmem_node (pg_data_t *pgdat)
365 {
366         return(free_all_bootmem_core(pgdat));
367 }
368
369 unsigned long __init init_bootmem (unsigned long start, unsigned long pages)
370 {
371         max_low_pfn = pages;
372         min_low_pfn = start;
373         return(init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages));
374 }
375
376 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
377 void __init reserve_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
378 {
379         reserve_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
380 }
381 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
382
383 void __init free_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
384 {
385         free_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
386 }
387
388 unsigned long __init free_all_bootmem (void)
389 {
390         return(free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0)));
391 }
392
393 void * __init __alloc_bootmem_limit (unsigned long size, unsigned long align, unsigned long goal,
394                                 unsigned long limit)
395 {
396         pg_data_t *pgdat = pgdat_list;
397         void *ptr;
398
399         for_each_pgdat(pgdat)
400                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size,
401                                                  align, goal, limit)))
402                         return(ptr);
403
404         /*
405          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
406          */
407         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
408         panic("Out of memory");
409         return NULL;
410 }
411
412
413 void * __init __alloc_bootmem_node_limit (pg_data_t *pgdat, unsigned long size, unsigned long align,
414                                      unsigned long goal, unsigned long limit)
415 {
416         void *ptr;
417
418         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, limit);
419         if (ptr)
420                 return (ptr);
421
422         return __alloc_bootmem_limit(size, align, goal, limit);
423 }
424