bootmem: clean up alloc_bootmem_core
[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_boot_start < ent->node_boot_start)
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_boot_start = PFN_PHYS(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 = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
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 - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
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 - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
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_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
229                                      unsigned long size)
230 {
231         unsigned long sidx, eidx;
232         unsigned long i;
233
234         BUG_ON(!size);
235
236         /* out range */
237         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
238                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
239                 return;
240         /*
241          * round down end of usable mem, partially free pages are
242          * considered reserved.
243          */
244
245         if (addr >= bdata->node_boot_start &&
246                         PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start) < bdata->hint_idx)
247                 bdata->hint_idx = PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
248
249         /*
250          * Round up to index to the range.
251          */
252         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
253                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
254         else
255                 sidx = 0;
256
257         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
258         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
259                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
260
261         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx\n", bdata - bootmem_node_data,
262                 sidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
263                 eidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start));
264
265         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
266                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
267                         BUG();
268         }
269 }
270
271 /**
272  * free_bootmem_node - mark a page range as usable
273  * @pgdat: node the range resides on
274  * @physaddr: starting address of the range
275  * @size: size of the range in bytes
276  *
277  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
278  *
279  * Only physical pages that actually reside on @pgdat are marked.
280  */
281 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
282                               unsigned long size)
283 {
284         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
285 }
286
287 /**
288  * free_bootmem - mark a page range as usable
289  * @addr: starting address of the range
290  * @size: size of the range in bytes
291  *
292  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
293  *
294  * All physical pages within the range are marked, no matter what
295  * node they reside on.
296  */
297 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
298 {
299         bootmem_data_t *bdata;
300         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
301                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
302 }
303
304 /*
305  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
306  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
307  * to the free page pool later on.
308  */
309 static int __init can_reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
310                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
311 {
312         unsigned long sidx, eidx;
313         unsigned long i;
314
315         BUG_ON(!size);
316
317         /* out of range, don't hold other */
318         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
319                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
320                 return 0;
321
322         /*
323          * Round up to index to the range.
324          */
325         if (addr > bdata->node_boot_start)
326                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
327         else
328                 sidx = 0;
329
330         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
331         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
332                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
333
334         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
335                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
336                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE)
337                                 return -EBUSY;
338                 }
339         }
340
341         return 0;
342
343 }
344
345 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
346                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
347 {
348         unsigned long sidx, eidx;
349         unsigned long i;
350
351         BUG_ON(!size);
352
353         /* out of range */
354         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
355                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
356                 return;
357
358         /*
359          * Round up to index to the range.
360          */
361         if (addr > bdata->node_boot_start)
362                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
363         else
364                 sidx = 0;
365
366         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
367         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
368                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
369
370         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx flags=%x\n",
371                 bdata - bootmem_node_data,
372                 sidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
373                 eidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
374                 flags);
375
376         for (i = sidx; i < eidx; i++)
377                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
378                         bdebug("hm, page %lx reserved twice.\n",
379                                 PFN_DOWN(bdata->node_boot_start) + i);
380 }
381
382 /**
383  * reserve_bootmem_node - mark a page range as reserved
384  * @pgdat: node the range resides on
385  * @physaddr: starting address of the range
386  * @size: size of the range in bytes
387  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
388  *
389  * Partial pages will be reserved.
390  *
391  * Only physical pages that actually reside on @pgdat are marked.
392  */
393 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
394                                  unsigned long size, int flags)
395 {
396         int ret;
397
398         ret = can_reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
399         if (ret < 0)
400                 return -ENOMEM;
401         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
402         return 0;
403 }
404
405 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
406 /**
407  * reserve_bootmem - mark a page range as usable
408  * @addr: starting address of the range
409  * @size: size of the range in bytes
410  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
411  *
412  * Partial pages will be reserved.
413  *
414  * All physical pages within the range are marked, no matter what
415  * node they reside on.
416  */
417 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
418                             int flags)
419 {
420         bootmem_data_t *bdata;
421         int ret;
422
423         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
424                 ret = can_reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
425                 if (ret < 0)
426                         return ret;
427         }
428         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
429                 reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
430
431         return 0;
432 }
433 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
434
435 static void * __init alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata,
436                                 unsigned long size, unsigned long align,
437                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
438 {
439         unsigned long min, max, start, sidx, midx, step;
440
441         BUG_ON(!size);
442         BUG_ON(align & (align - 1));
443         BUG_ON(limit && goal + size > limit);
444
445         if (!bdata->node_bootmem_map)
446                 return NULL;
447
448         bdebug("nid=%td size=%lx [%lu pages] align=%lx goal=%lx limit=%lx\n",
449                 bdata - bootmem_node_data, size, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
450                 align, goal, limit);
451
452         min = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
453         max = bdata->node_low_pfn;
454
455         goal >>= PAGE_SHIFT;
456         limit >>= PAGE_SHIFT;
457
458         if (limit && max > limit)
459                 max = limit;
460         if (max <= min)
461                 return NULL;
462
463         step = max(align >> PAGE_SHIFT, 1UL);
464
465         if (goal && min < goal && goal < max)
466                 start = ALIGN(goal, step);
467         else
468                 start = ALIGN(min, step);
469
470         sidx = start - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
471         midx = max - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
472
473         if (bdata->hint_idx > sidx) {
474                 /* Make sure we retry on failure */
475                 goal = 1;
476                 sidx = ALIGN(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(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(i, step);
494                                 if (sidx == i)
495                                         sidx += step;
496                                 goto find_block;
497                         }
498
499                 if (bdata->last_end_off &&
500                                 PFN_DOWN(bdata->last_end_off) + 1 == sidx)
501                         start_off = ALIGN(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                 for (i = PFN_DOWN(start_off) + merge;
515                                 i < PFN_UP(end_off); i++)
516                         if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
517                                 BUG();
518
519                 region = phys_to_virt(bdata->node_boot_start + start_off);
520                 memset(region, 0, size);
521                 return region;
522         }
523
524         if (goal) {
525                 goal = 0;
526                 sidx = 0;
527                 goto find_block;
528         }
529
530         return NULL;
531 }
532
533 /**
534  * __alloc_bootmem_nopanic - allocate boot memory without panicking
535  * @size: size of the request in bytes
536  * @align: alignment of the region
537  * @goal: preferred starting address of the region
538  *
539  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
540  * fall back to memory below @goal.
541  *
542  * Allocation may happen on any node in the system.
543  *
544  * Returns NULL on failure.
545  */
546 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
547                                       unsigned long goal)
548 {
549         bootmem_data_t *bdata;
550         void *ptr;
551
552         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
553                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
554                 if (ptr)
555                         return ptr;
556         }
557         return NULL;
558 }
559
560 /**
561  * __alloc_bootmem - allocate boot memory
562  * @size: size of the request in bytes
563  * @align: alignment of the region
564  * @goal: preferred starting address of the region
565  *
566  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
567  * fall back to memory below @goal.
568  *
569  * Allocation may happen on any node in the system.
570  *
571  * The function panics if the request can not be satisfied.
572  */
573 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
574                               unsigned long goal)
575 {
576         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
577
578         if (mem)
579                 return mem;
580         /*
581          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
582          */
583         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
584         panic("Out of memory");
585         return NULL;
586 }
587
588 /**
589  * __alloc_bootmem_node - allocate boot memory from a specific node
590  * @pgdat: node to allocate from
591  * @size: size of the request in bytes
592  * @align: alignment of the region
593  * @goal: preferred starting address of the region
594  *
595  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
596  * fall back to memory below @goal.
597  *
598  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
599  * can not hold the requested memory.
600  *
601  * The function panics if the request can not be satisfied.
602  */
603 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
604                                    unsigned long align, unsigned long goal)
605 {
606         void *ptr;
607
608         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
609         if (ptr)
610                 return ptr;
611
612         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
613 }
614
615 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
616 /**
617  * alloc_bootmem_section - allocate boot memory from a specific section
618  * @size: size of the request in bytes
619  * @section_nr: sparse map section to allocate from
620  *
621  * Return NULL on failure.
622  */
623 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
624                                     unsigned long section_nr)
625 {
626         void *ptr;
627         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
628         struct pglist_data *pgdat;
629
630         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
631         goal = PFN_PHYS(pfn);
632         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
633         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
634         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
635                                 limit);
636
637         if (!ptr)
638                 return NULL;
639
640         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
641         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
642         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
643                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
644                        section_nr);
645                 free_bootmem_core(pgdat->bdata, __pa(ptr), size);
646                 ptr = NULL;
647         }
648
649         return ptr;
650 }
651 #endif
652
653 void * __init __alloc_bootmem_node_nopanic(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
654                                    unsigned long align, unsigned long goal)
655 {
656         void *ptr;
657
658         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
659         if (ptr)
660                 return ptr;
661
662         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal);
663 }
664
665 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
666 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
667 #endif
668
669 /**
670  * __alloc_bootmem_low - allocate low boot memory
671  * @size: size of the request in bytes
672  * @align: alignment of the region
673  * @goal: preferred starting address of the region
674  *
675  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
676  * fall back to memory below @goal.
677  *
678  * Allocation may happen on any node in the system.
679  *
680  * The function panics if the request can not be satisfied.
681  */
682 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
683                                   unsigned long goal)
684 {
685         bootmem_data_t *bdata;
686         void *ptr;
687
688         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
689                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
690                                         ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
691                 if (ptr)
692                         return ptr;
693         }
694
695         /*
696          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
697          */
698         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
699         panic("Out of low memory");
700         return NULL;
701 }
702
703 /**
704  * __alloc_bootmem_low_node - allocate low boot memory from a specific node
705  * @pgdat: node to allocate from
706  * @size: size of the request in bytes
707  * @align: alignment of the region
708  * @goal: preferred starting address of the region
709  *
710  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
711  * fall back to memory below @goal.
712  *
713  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
714  * can not hold the requested memory.
715  *
716  * The function panics if the request can not be satisfied.
717  */
718 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
719                                        unsigned long align, unsigned long goal)
720 {
721         return alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
722                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
723 }