mm: make defensive checks around PFN values registered for memory usage
[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 #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 /*
23  * Access to this subsystem has to be serialized externally. (this is
24  * true for the boot process anyway)
25  */
26 unsigned long max_low_pfn;
27 unsigned long min_low_pfn;
28 unsigned long max_pfn;
29
30 static LIST_HEAD(bdata_list);
31 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
32 /*
33  * If we have booted due to a crash, max_pfn will be a very low value. We need
34  * to know the amount of memory that the previous kernel used.
35  */
36 unsigned long saved_max_pfn;
37 #endif
38
39 /* return the number of _pages_ that will be allocated for the boot bitmap */
40 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages(unsigned long pages)
41 {
42         unsigned long mapsize;
43
44         mapsize = (pages+7)/8;
45         mapsize = (mapsize + ~PAGE_MASK) & PAGE_MASK;
46         mapsize >>= PAGE_SHIFT;
47
48         return mapsize;
49 }
50
51 /*
52  * link bdata in order
53  */
54 static void __init link_bootmem(bootmem_data_t *bdata)
55 {
56         bootmem_data_t *ent;
57
58         if (list_empty(&bdata_list)) {
59                 list_add(&bdata->list, &bdata_list);
60                 return;
61         }
62         /* insert in order */
63         list_for_each_entry(ent, &bdata_list, list) {
64                 if (bdata->node_boot_start < ent->node_boot_start) {
65                         list_add_tail(&bdata->list, &ent->list);
66                         return;
67                 }
68         }
69         list_add_tail(&bdata->list, &bdata_list);
70 }
71
72 /*
73  * Given an initialised bdata, it returns the size of the boot bitmap
74  */
75 static unsigned long __init get_mapsize(bootmem_data_t *bdata)
76 {
77         unsigned long mapsize;
78         unsigned long start = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
79         unsigned long end = bdata->node_low_pfn;
80
81         mapsize = ((end - start) + 7) / 8;
82         return ALIGN(mapsize, sizeof(long));
83 }
84
85 /*
86  * Called once to set up the allocator itself.
87  */
88 static unsigned long __init init_bootmem_core(pg_data_t *pgdat,
89         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
90 {
91         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
92         unsigned long mapsize;
93
94         mminit_validate_memmodel_limits(&start, &end);
95         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
96         bdata->node_boot_start = PFN_PHYS(start);
97         bdata->node_low_pfn = end;
98         link_bootmem(bdata);
99
100         /*
101          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
102          * register free RAM areas explicitly.
103          */
104         mapsize = get_mapsize(bdata);
105         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
106
107         return mapsize;
108 }
109
110 /*
111  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
112  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
113  * to the free page pool later on.
114  */
115 static int __init can_reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
116                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
117 {
118         unsigned long sidx, eidx;
119         unsigned long i;
120
121         BUG_ON(!size);
122
123         /* out of range, don't hold other */
124         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
125                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
126                 return 0;
127
128         /*
129          * Round up to index to the range.
130          */
131         if (addr > bdata->node_boot_start)
132                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
133         else
134                 sidx = 0;
135
136         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
137         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
138                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
139
140         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
141                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
142                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE)
143                                 return -EBUSY;
144                 }
145         }
146
147         return 0;
148
149 }
150
151 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
152                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
153 {
154         unsigned long sidx, eidx;
155         unsigned long i;
156
157         BUG_ON(!size);
158
159         /* out of range */
160         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
161                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
162                 return;
163
164         /*
165          * Round up to index to the range.
166          */
167         if (addr > bdata->node_boot_start)
168                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
169         else
170                 sidx = 0;
171
172         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
173         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
174                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
175
176         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
177                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
178 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
179                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
180 #endif
181                 }
182         }
183 }
184
185 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
186                                      unsigned long size)
187 {
188         unsigned long sidx, eidx;
189         unsigned long i;
190
191         BUG_ON(!size);
192
193         /* out range */
194         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
195                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
196                 return;
197         /*
198          * round down end of usable mem, partially free pages are
199          * considered reserved.
200          */
201
202         if (addr >= bdata->node_boot_start && addr < bdata->last_success)
203                 bdata->last_success = addr;
204
205         /*
206          * Round up to index to the range.
207          */
208         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
209                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
210         else
211                 sidx = 0;
212
213         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
214         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
215                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
216
217         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
218                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
219                         BUG();
220         }
221 }
222
223 /*
224  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
225  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
226  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
227  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
228  * is not a problem.
229  *
230  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
231  *
232  * alignment has to be a power of 2 value.
233  *
234  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
235  */
236 void * __init
237 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
238               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
239 {
240         unsigned long areasize, preferred;
241         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
242         void *ret;
243         unsigned long node_boot_start;
244         void *node_bootmem_map;
245
246         if (!size) {
247                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
248                 BUG();
249         }
250         BUG_ON(align & (align-1));
251
252         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
253         if (!bdata->node_bootmem_map)
254                 return NULL;
255
256         /* bdata->node_boot_start is supposed to be (12+6)bits alignment on x86_64 ? */
257         node_boot_start = bdata->node_boot_start;
258         node_bootmem_map = bdata->node_bootmem_map;
259         if (align) {
260                 node_boot_start = ALIGN(bdata->node_boot_start, align);
261                 if (node_boot_start > bdata->node_boot_start)
262                         node_bootmem_map = (unsigned long *)bdata->node_bootmem_map +
263                             PFN_DOWN(node_boot_start - bdata->node_boot_start)/BITS_PER_LONG;
264         }
265
266         if (limit && node_boot_start >= limit)
267                 return NULL;
268
269         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
270         limit = PFN_DOWN(limit);
271         if (limit && end_pfn > limit)
272                 end_pfn = limit;
273
274         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(node_boot_start);
275
276         /*
277          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
278          * first, then we try to allocate lower pages.
279          */
280         preferred = 0;
281         if (goal && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
282                 if (goal > node_boot_start)
283                         preferred = goal - node_boot_start;
284
285                 if (bdata->last_success > node_boot_start &&
286                         bdata->last_success - node_boot_start >= preferred)
287                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
288                                 preferred = bdata->last_success - node_boot_start;
289         }
290
291         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align));
292         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
293         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
294
295 restart_scan:
296         for (i = preferred; i < eidx;) {
297                 unsigned long j;
298
299                 i = find_next_zero_bit(node_bootmem_map, eidx, i);
300                 i = ALIGN(i, incr);
301                 if (i >= eidx)
302                         break;
303                 if (test_bit(i, node_bootmem_map)) {
304                         i += incr;
305                         continue;
306                 }
307                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
308                         if (j >= eidx)
309                                 goto fail_block;
310                         if (test_bit(j, node_bootmem_map))
311                                 goto fail_block;
312                 }
313                 start = i;
314                 goto found;
315         fail_block:
316                 i = ALIGN(j, incr);
317                 if (i == j)
318                         i += incr;
319         }
320
321         if (preferred > 0) {
322                 preferred = 0;
323                 goto restart_scan;
324         }
325         return NULL;
326
327 found:
328         bdata->last_success = PFN_PHYS(start) + node_boot_start;
329         BUG_ON(start >= eidx);
330
331         /*
332          * Is the next page of the previous allocation-end the start
333          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
334          * the previous partial page with this allocation.
335          */
336         if (align < PAGE_SIZE &&
337             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
338                 unsigned long offset, remaining_size;
339                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
340                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
341                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
342                 if (size < remaining_size) {
343                         areasize = 0;
344                         /* last_pos unchanged */
345                         bdata->last_offset = offset + size;
346                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
347                                            offset + node_boot_start);
348                 } else {
349                         remaining_size = size - remaining_size;
350                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
351                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
352                                            offset + node_boot_start);
353                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
354                         bdata->last_offset = remaining_size;
355                 }
356                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
357         } else {
358                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
359                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
360                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + node_boot_start);
361         }
362
363         /*
364          * Reserve the area now:
365          */
366         for (i = start; i < start + areasize; i++)
367                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, node_bootmem_map)))
368                         BUG();
369         memset(ret, 0, size);
370         return ret;
371 }
372
373 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
374 {
375         struct page *page;
376         unsigned long pfn;
377         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
378         unsigned long i, count, total = 0;
379         unsigned long idx;
380         unsigned long *map; 
381         int gofast = 0;
382
383         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
384
385         count = 0;
386         /* first extant page of the node */
387         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
388         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
389         map = bdata->node_bootmem_map;
390         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
391         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
392             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
393                 gofast = 1;
394         for (i = 0; i < idx; ) {
395                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
396
397                 if (gofast && v == ~0UL) {
398                         int order;
399
400                         page = pfn_to_page(pfn);
401                         count += BITS_PER_LONG;
402                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
403                         __free_pages_bootmem(page, order);
404                         i += BITS_PER_LONG;
405                         page += BITS_PER_LONG;
406                 } else if (v) {
407                         unsigned long m;
408
409                         page = pfn_to_page(pfn);
410                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
411                                 if (v & m) {
412                                         count++;
413                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
414                                 }
415                         }
416                 } else {
417                         i += BITS_PER_LONG;
418                 }
419                 pfn += BITS_PER_LONG;
420         }
421         total += count;
422
423         /*
424          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
425          * needed anymore:
426          */
427         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
428         count = 0;
429         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
430         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
431                 __free_pages_bootmem(page, 0);
432                 count++;
433         }
434         total += count;
435         bdata->node_bootmem_map = NULL;
436
437         return total;
438 }
439
440 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
441                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
442 {
443         return init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn);
444 }
445
446 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
447                                  unsigned long size, int flags)
448 {
449         int ret;
450
451         ret = can_reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
452         if (ret < 0)
453                 return -ENOMEM;
454         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
455
456         return 0;
457 }
458
459 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
460                               unsigned long size)
461 {
462         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
463 }
464
465 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
466 {
467         register_page_bootmem_info_node(pgdat);
468         return free_all_bootmem_core(pgdat);
469 }
470
471 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
472 {
473         max_low_pfn = pages;
474         min_low_pfn = start;
475         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages);
476 }
477
478 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
479 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
480                             int flags)
481 {
482         bootmem_data_t *bdata;
483         int ret;
484
485         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
486                 ret = can_reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
487                 if (ret < 0)
488                         return ret;
489         }
490         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
491                 reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
492
493         return 0;
494 }
495 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
496
497 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
498 {
499         bootmem_data_t *bdata;
500         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
501                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
502 }
503
504 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
505 {
506         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0));
507 }
508
509 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
510                                       unsigned long goal)
511 {
512         bootmem_data_t *bdata;
513         void *ptr;
514
515         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
516                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
517                 if (ptr)
518                         return ptr;
519         }
520         return NULL;
521 }
522
523 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
524                               unsigned long goal)
525 {
526         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
527
528         if (mem)
529                 return mem;
530         /*
531          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
532          */
533         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
534         panic("Out of memory");
535         return NULL;
536 }
537
538
539 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
540                                    unsigned long align, unsigned long goal)
541 {
542         void *ptr;
543
544         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
545         if (ptr)
546                 return ptr;
547
548         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
549 }
550
551 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
552 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
553                                     unsigned long section_nr)
554 {
555         void *ptr;
556         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
557         struct pglist_data *pgdat;
558
559         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
560         goal = PFN_PHYS(pfn);
561         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
562         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
563         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
564                                    limit);
565
566         if (!ptr)
567                 return NULL;
568
569         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
570         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
571         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
572                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
573                        section_nr);
574                 free_bootmem_core(pgdat->bdata, __pa(ptr), size);
575                 ptr = NULL;
576         }
577
578         return ptr;
579 }
580 #endif
581
582 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
583 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
584 #endif
585
586 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
587                                   unsigned long goal)
588 {
589         bootmem_data_t *bdata;
590         void *ptr;
591
592         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
593                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
594                                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
595                 if (ptr)
596                         return ptr;
597         }
598
599         /*
600          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
601          */
602         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
603         panic("Out of low memory");
604         return NULL;
605 }
606
607 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
608                                        unsigned long align, unsigned long goal)
609 {
610         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
611                                     ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
612 }