bootmem: replace node_boot_start in struct bootmem_data
[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                         __FUNCTION__, ## 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 void * __init alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata,
409                                 unsigned long size, unsigned long align,
410                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
411 {
412         unsigned long fallback = 0;
413         unsigned long min, max, start, sidx, midx, step;
414
415         BUG_ON(!size);
416         BUG_ON(align & (align - 1));
417         BUG_ON(limit && goal + size > limit);
418
419         if (!bdata->node_bootmem_map)
420                 return NULL;
421
422         bdebug("nid=%td size=%lx [%lu pages] align=%lx goal=%lx limit=%lx\n",
423                 bdata - bootmem_node_data, size, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
424                 align, goal, limit);
425
426         min = bdata->node_min_pfn;
427         max = bdata->node_low_pfn;
428
429         goal >>= PAGE_SHIFT;
430         limit >>= PAGE_SHIFT;
431
432         if (limit && max > limit)
433                 max = limit;
434         if (max <= min)
435                 return NULL;
436
437         step = max(align >> PAGE_SHIFT, 1UL);
438
439         if (goal && min < goal && goal < max)
440                 start = ALIGN(goal, step);
441         else
442                 start = ALIGN(min, step);
443
444         sidx = start - bdata->node_min_pfn;;
445         midx = max - bdata->node_min_pfn;
446
447         if (bdata->hint_idx > sidx) {
448                 /*
449                  * Handle the valid case of sidx being zero and still
450                  * catch the fallback below.
451                  */
452                 fallback = sidx + 1;
453                 sidx = ALIGN(bdata->hint_idx, step);
454         }
455
456         while (1) {
457                 int merge;
458                 void *region;
459                 unsigned long eidx, i, start_off, end_off;
460 find_block:
461                 sidx = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, midx, sidx);
462                 sidx = ALIGN(sidx, step);
463                 eidx = sidx + PFN_UP(size);
464
465                 if (sidx >= midx || eidx > midx)
466                         break;
467
468                 for (i = sidx; i < eidx; i++)
469                         if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
470                                 sidx = ALIGN(i, step);
471                                 if (sidx == i)
472                                         sidx += step;
473                                 goto find_block;
474                         }
475
476                 if (bdata->last_end_off &&
477                                 PFN_DOWN(bdata->last_end_off) + 1 == sidx)
478                         start_off = ALIGN(bdata->last_end_off, align);
479                 else
480                         start_off = PFN_PHYS(sidx);
481
482                 merge = PFN_DOWN(start_off) < sidx;
483                 end_off = start_off + size;
484
485                 bdata->last_end_off = end_off;
486                 bdata->hint_idx = PFN_UP(end_off);
487
488                 /*
489                  * Reserve the area now:
490                  */
491                 if (__reserve(bdata, PFN_DOWN(start_off) + merge,
492                                 PFN_UP(end_off), BOOTMEM_EXCLUSIVE))
493                         BUG();
494
495                 region = phys_to_virt(PFN_PHYS(bdata->node_min_pfn) +
496                                 start_off);
497                 memset(region, 0, size);
498                 return region;
499         }
500
501         if (fallback) {
502                 sidx = ALIGN(fallback - 1, step);
503                 fallback = 0;
504                 goto find_block;
505         }
506
507         return NULL;
508 }
509
510 static void * __init ___alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size,
511                                         unsigned long align,
512                                         unsigned long goal,
513                                         unsigned long limit)
514 {
515         bootmem_data_t *bdata;
516
517 restart:
518         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
519                 void *region;
520
521                 if (goal && bdata->node_low_pfn <= PFN_DOWN(goal))
522                         continue;
523                 if (limit && bdata->node_min_pfn >= PFN_DOWN(limit))
524                         break;
525
526                 region = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, limit);
527                 if (region)
528                         return region;
529         }
530
531         if (goal) {
532                 goal = 0;
533                 goto restart;
534         }
535
536         return NULL;
537 }
538
539 /**
540  * __alloc_bootmem_nopanic - allocate boot memory without panicking
541  * @size: size of the request in bytes
542  * @align: alignment of the region
543  * @goal: preferred starting address of the region
544  *
545  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
546  * fall back to memory below @goal.
547  *
548  * Allocation may happen on any node in the system.
549  *
550  * Returns NULL on failure.
551  */
552 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
553                                         unsigned long goal)
554 {
555         return ___alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal, 0);
556 }
557
558 static void * __init ___alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
559                                         unsigned long goal, unsigned long limit)
560 {
561         void *mem = ___alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal, limit);
562
563         if (mem)
564                 return mem;
565         /*
566          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
567          */
568         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
569         panic("Out of memory");
570         return NULL;
571 }
572
573 /**
574  * __alloc_bootmem - allocate boot memory
575  * @size: size of the request in bytes
576  * @align: alignment of the region
577  * @goal: preferred starting address of the region
578  *
579  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
580  * fall back to memory below @goal.
581  *
582  * Allocation may happen on any node in the system.
583  *
584  * The function panics if the request can not be satisfied.
585  */
586 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
587                               unsigned long goal)
588 {
589         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, 0);
590 }
591
592 static void * __init ___alloc_bootmem_node(bootmem_data_t *bdata,
593                                 unsigned long size, unsigned long align,
594                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
595 {
596         void *ptr;
597
598         ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, limit);
599         if (ptr)
600                 return ptr;
601
602         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, limit);
603 }
604
605 /**
606  * __alloc_bootmem_node - allocate boot memory from a specific node
607  * @pgdat: node to allocate from
608  * @size: size of the request in bytes
609  * @align: alignment of the region
610  * @goal: preferred starting address of the region
611  *
612  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
613  * fall back to memory below @goal.
614  *
615  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
616  * can not hold the requested memory.
617  *
618  * The function panics if the request can not be satisfied.
619  */
620 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
621                                    unsigned long align, unsigned long goal)
622 {
623         return ___alloc_bootmem_node(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
624 }
625
626 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
627 /**
628  * alloc_bootmem_section - allocate boot memory from a specific section
629  * @size: size of the request in bytes
630  * @section_nr: sparse map section to allocate from
631  *
632  * Return NULL on failure.
633  */
634 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
635                                     unsigned long section_nr)
636 {
637         bootmem_data_t *bdata;
638         unsigned long pfn, goal, limit;
639
640         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
641         goal = pfn << PAGE_SHIFT;
642         limit = section_nr_to_pfn(section_nr + 1) << PAGE_SHIFT;
643         bdata = &bootmem_node_data[early_pfn_to_nid(pfn)];
644
645         return alloc_bootmem_core(bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal, limit);
646 }
647 #endif
648
649 void * __init __alloc_bootmem_node_nopanic(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
650                                    unsigned long align, unsigned long goal)
651 {
652         void *ptr;
653
654         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
655         if (ptr)
656                 return ptr;
657
658         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal);
659 }
660
661 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
662 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
663 #endif
664
665 /**
666  * __alloc_bootmem_low - allocate low boot memory
667  * @size: size of the request in bytes
668  * @align: alignment of the region
669  * @goal: preferred starting address of the region
670  *
671  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
672  * fall back to memory below @goal.
673  *
674  * Allocation may happen on any node in the system.
675  *
676  * The function panics if the request can not be satisfied.
677  */
678 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
679                                   unsigned long goal)
680 {
681         return ___alloc_bootmem(size, align, goal, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
682 }
683
684 /**
685  * __alloc_bootmem_low_node - allocate low boot memory from a specific node
686  * @pgdat: node to allocate from
687  * @size: size of the request in bytes
688  * @align: alignment of the region
689  * @goal: preferred starting address of the region
690  *
691  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
692  * fall back to memory below @goal.
693  *
694  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
695  * can not hold the requested memory.
696  *
697  * The function panics if the request can not be satisfied.
698  */
699 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
700                                        unsigned long align, unsigned long goal)
701 {
702         return ___alloc_bootmem_node(pgdat->bdata, size, align,
703                                 goal, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
704 }