[PATCH] enable booting a NUMA system where some nodes have no 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 #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 EXPORT_UNUSED_SYMBOL(max_pfn);  /*  June 2006  */
31
32 static LIST_HEAD(bdata_list);
33 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
34 /*
35  * If we have booted due to a crash, max_pfn will be a very low value. We need
36  * to know the amount of memory that the previous kernel used.
37  */
38 unsigned long saved_max_pfn;
39 #endif
40
41 /* return the number of _pages_ that will be allocated for the boot bitmap */
42 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages(unsigned long pages)
43 {
44         unsigned long mapsize;
45
46         mapsize = (pages+7)/8;
47         mapsize = (mapsize + ~PAGE_MASK) & PAGE_MASK;
48         mapsize >>= PAGE_SHIFT;
49
50         return mapsize;
51 }
52
53 /*
54  * link bdata in order
55  */
56 static void __init link_bootmem(bootmem_data_t *bdata)
57 {
58         bootmem_data_t *ent;
59
60         if (list_empty(&bdata_list)) {
61                 list_add(&bdata->list, &bdata_list);
62                 return;
63         }
64         /* insert in order */
65         list_for_each_entry(ent, &bdata_list, list) {
66                 if (bdata->node_boot_start < ent->node_boot_start) {
67                         list_add_tail(&bdata->list, &ent->list);
68                         return;
69                 }
70         }
71         list_add_tail(&bdata->list, &bdata_list);
72 }
73
74 /*
75  * Given an initialised bdata, it returns the size of the boot bitmap
76  */
77 static unsigned long __init get_mapsize(bootmem_data_t *bdata)
78 {
79         unsigned long mapsize;
80         unsigned long start = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
81         unsigned long end = bdata->node_low_pfn;
82
83         mapsize = ((end - start) + 7) / 8;
84         return ALIGN(mapsize, sizeof(long));
85 }
86
87 /*
88  * Called once to set up the allocator itself.
89  */
90 static unsigned long __init init_bootmem_core(pg_data_t *pgdat,
91         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
92 {
93         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
94         unsigned long mapsize;
95
96         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
97         bdata->node_boot_start = PFN_PHYS(start);
98         bdata->node_low_pfn = end;
99         link_bootmem(bdata);
100
101         /*
102          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
103          * register free RAM areas explicitly.
104          */
105         mapsize = get_mapsize(bdata);
106         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
107
108         return mapsize;
109 }
110
111 /*
112  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
113  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
114  * to the free page pool later on.
115  */
116 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
117                                         unsigned long size)
118 {
119         unsigned long sidx, eidx;
120         unsigned long i;
121
122         /*
123          * round up, partially reserved pages are considered
124          * fully reserved.
125          */
126         BUG_ON(!size);
127         BUG_ON(PFN_DOWN(addr) >= bdata->node_low_pfn);
128         BUG_ON(PFN_UP(addr + size) > bdata->node_low_pfn);
129
130         sidx = PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
131         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
132
133         for (i = sidx; i < eidx; i++)
134                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
135 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
136                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
137 #endif
138                 }
139 }
140
141 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
142                                      unsigned long size)
143 {
144         unsigned long sidx, eidx;
145         unsigned long i;
146
147         /*
148          * round down end of usable mem, partially free pages are
149          * considered reserved.
150          */
151         BUG_ON(!size);
152         BUG_ON(PFN_DOWN(addr + size) > bdata->node_low_pfn);
153
154         if (addr < bdata->last_success)
155                 bdata->last_success = addr;
156
157         /*
158          * Round up the beginning of the address.
159          */
160         sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
161         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
162
163         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
164                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
165                         BUG();
166         }
167 }
168
169 /*
170  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
171  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
172  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
173  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
174  * is not a problem.
175  *
176  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
177  *
178  * alignment has to be a power of 2 value.
179  *
180  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
181  */
182 void * __init
183 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
184               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
185 {
186         unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
187         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
188         void *ret;
189
190         if (!size) {
191                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
192                 BUG();
193         }
194         BUG_ON(align & (align-1));
195
196         if (limit && bdata->node_boot_start >= limit)
197                 return NULL;
198
199         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
200         if (!bdata->node_bootmem_map)
201                 return NULL;
202
203         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
204         limit = PFN_DOWN(limit);
205         if (limit && end_pfn > limit)
206                 end_pfn = limit;
207
208         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
209         offset = 0;
210         if (align && (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
211                 offset = align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL));
212         offset = PFN_DOWN(offset);
213
214         /*
215          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
216          * first, then we try to allocate lower pages.
217          */
218         if (goal && goal >= bdata->node_boot_start && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
219                 preferred = goal - bdata->node_boot_start;
220
221                 if (bdata->last_success >= preferred)
222                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
223                                 preferred = bdata->last_success;
224         } else
225                 preferred = 0;
226
227         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align)) + offset;
228         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
229         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
230
231 restart_scan:
232         for (i = preferred; i < eidx; i += incr) {
233                 unsigned long j;
234                 i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
235                 i = ALIGN(i, incr);
236                 if (i >= eidx)
237                         break;
238                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
239                         continue;
240                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
241                         if (j >= eidx)
242                                 goto fail_block;
243                         if (test_bit(j, bdata->node_bootmem_map))
244                                 goto fail_block;
245                 }
246                 start = i;
247                 goto found;
248         fail_block:
249                 i = ALIGN(j, incr);
250         }
251
252         if (preferred > offset) {
253                 preferred = offset;
254                 goto restart_scan;
255         }
256         return NULL;
257
258 found:
259         bdata->last_success = PFN_PHYS(start);
260         BUG_ON(start >= eidx);
261
262         /*
263          * Is the next page of the previous allocation-end the start
264          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
265          * the previous partial page with this allocation.
266          */
267         if (align < PAGE_SIZE &&
268             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
269                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
270                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
271                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
272                 if (size < remaining_size) {
273                         areasize = 0;
274                         /* last_pos unchanged */
275                         bdata->last_offset = offset + size;
276                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
277                                            offset +
278                                            bdata->node_boot_start);
279                 } else {
280                         remaining_size = size - remaining_size;
281                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
282                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
283                                            offset +
284                                            bdata->node_boot_start);
285                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
286                         bdata->last_offset = remaining_size;
287                 }
288                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
289         } else {
290                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
291                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
292                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
293         }
294
295         /*
296          * Reserve the area now:
297          */
298         for (i = start; i < start + areasize; i++)
299                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
300                         BUG();
301         memset(ret, 0, size);
302         return ret;
303 }
304
305 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
306 {
307         struct page *page;
308         unsigned long pfn;
309         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
310         unsigned long i, count, total = 0;
311         unsigned long idx;
312         unsigned long *map; 
313         int gofast = 0;
314
315         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
316
317         count = 0;
318         /* first extant page of the node */
319         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
320         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
321         map = bdata->node_bootmem_map;
322         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
323         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
324             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
325                 gofast = 1;
326         for (i = 0; i < idx; ) {
327                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
328
329                 if (gofast && v == ~0UL) {
330                         int order;
331
332                         page = pfn_to_page(pfn);
333                         count += BITS_PER_LONG;
334                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
335                         __free_pages_bootmem(page, order);
336                         i += BITS_PER_LONG;
337                         page += BITS_PER_LONG;
338                 } else if (v) {
339                         unsigned long m;
340
341                         page = pfn_to_page(pfn);
342                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
343                                 if (v & m) {
344                                         count++;
345                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
346                                 }
347                         }
348                 } else {
349                         i += BITS_PER_LONG;
350                 }
351                 pfn += BITS_PER_LONG;
352         }
353         total += count;
354
355         /*
356          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
357          * needed anymore:
358          */
359         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
360         count = 0;
361         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
362         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
363                 __free_pages_bootmem(page, 0);
364                 count++;
365         }
366         total += count;
367         bdata->node_bootmem_map = NULL;
368
369         return total;
370 }
371
372 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
373                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
374 {
375         return init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn);
376 }
377
378 void __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
379                                  unsigned long size)
380 {
381         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
382 }
383
384 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
385                               unsigned long size)
386 {
387         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
388 }
389
390 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
391 {
392         return free_all_bootmem_core(pgdat);
393 }
394
395 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
396 {
397         max_low_pfn = pages;
398         min_low_pfn = start;
399         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages);
400 }
401
402 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
403 void __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
404 {
405         reserve_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
406 }
407 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
408
409 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
410 {
411         free_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
412 }
413
414 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
415 {
416         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0));
417 }
418
419 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
420                                       unsigned long goal)
421 {
422         bootmem_data_t *bdata;
423         void *ptr;
424
425         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
426                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
427                 if (ptr)
428                         return ptr;
429         }
430         return NULL;
431 }
432
433 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
434                               unsigned long goal)
435 {
436         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
437
438         if (mem)
439                 return mem;
440         /*
441          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
442          */
443         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
444         panic("Out of memory");
445         return NULL;
446 }
447
448
449 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
450                                    unsigned long align, unsigned long goal)
451 {
452         void *ptr;
453
454         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
455         if (ptr)
456                 return ptr;
457
458         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
459 }
460
461 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
462 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
463 #endif
464
465 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
466                                   unsigned long goal)
467 {
468         bootmem_data_t *bdata;
469         void *ptr;
470
471         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
472                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
473                                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
474                 if (ptr)
475                         return ptr;
476         }
477
478         /*
479          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
480          */
481         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
482         panic("Out of low memory");
483         return NULL;
484 }
485
486 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
487                                        unsigned long align, unsigned long goal)
488 {
489         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
490                                     ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
491 }