mm: fix alloc_bootmem_core to use fast searching for all nodes
[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         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
95         bdata->node_boot_start = PFN_PHYS(start);
96         bdata->node_low_pfn = end;
97         link_bootmem(bdata);
98
99         /*
100          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
101          * register free RAM areas explicitly.
102          */
103         mapsize = get_mapsize(bdata);
104         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
105
106         return mapsize;
107 }
108
109 /*
110  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
111  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
112  * to the free page pool later on.
113  */
114 static int __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
115                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
116 {
117         unsigned long sidx, eidx;
118         unsigned long i;
119         int ret;
120
121         /*
122          * round up, partially reserved pages are considered
123          * fully reserved.
124          */
125         BUG_ON(!size);
126         BUG_ON(PFN_DOWN(addr) >= bdata->node_low_pfn);
127         BUG_ON(PFN_UP(addr + size) > bdata->node_low_pfn);
128         BUG_ON(addr < bdata->node_boot_start);
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                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE) {
139                                 ret = -EBUSY;
140                                 goto err;
141                         }
142                 }
143
144         return 0;
145
146 err:
147         /* unreserve memory we accidentally reserved */
148         for (i--; i >= sidx; i--)
149                 clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map);
150
151         return ret;
152 }
153
154 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
155                                      unsigned long size)
156 {
157         unsigned long sidx, eidx;
158         unsigned long i;
159
160         BUG_ON(!size);
161
162         /* out range */
163         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
164                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
165                 return;
166         /*
167          * round down end of usable mem, partially free pages are
168          * considered reserved.
169          */
170
171         if (addr >= bdata->node_boot_start && addr < bdata->last_success)
172                 bdata->last_success = addr;
173
174         /*
175          * Round up to index to the range.
176          */
177         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
178                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
179         else
180                 sidx = 0;
181
182         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
183         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
184                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
185
186         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
187                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
188                         BUG();
189         }
190 }
191
192 /*
193  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
194  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
195  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
196  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
197  * is not a problem.
198  *
199  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
200  *
201  * alignment has to be a power of 2 value.
202  *
203  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
204  */
205 void * __init
206 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
207               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
208 {
209         unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
210         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
211         void *ret;
212
213         if (!size) {
214                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
215                 BUG();
216         }
217         BUG_ON(align & (align-1));
218
219         if (limit && bdata->node_boot_start >= limit)
220                 return NULL;
221
222         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
223         if (!bdata->node_bootmem_map)
224                 return NULL;
225
226         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
227         limit = PFN_DOWN(limit);
228         if (limit && end_pfn > limit)
229                 end_pfn = limit;
230
231         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
232         offset = 0;
233         if (align && (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
234                 offset = align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL));
235         offset = PFN_DOWN(offset);
236
237         /*
238          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
239          * first, then we try to allocate lower pages.
240          */
241         preferred = 0;
242         if (goal && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
243                 if (goal > bdata->node_boot_start)
244                         preferred = goal - bdata->node_boot_start;
245
246                 if (bdata->last_success >= preferred)
247                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
248                                 preferred = bdata->last_success;
249         }
250
251         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align)) + offset;
252         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
253         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
254
255 restart_scan:
256         for (i = preferred; i < eidx;) {
257                 unsigned long j;
258
259                 i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
260                 i = ALIGN(i, incr);
261                 if (i >= eidx)
262                         break;
263                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
264                         i += incr;
265                         continue;
266                 }
267                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
268                         if (j >= eidx)
269                                 goto fail_block;
270                         if (test_bit(j, bdata->node_bootmem_map))
271                                 goto fail_block;
272                 }
273                 start = i;
274                 goto found;
275         fail_block:
276                 i = ALIGN(j, incr);
277                 if (i == j)
278                         i += incr;
279         }
280
281         if (preferred > offset) {
282                 preferred = offset;
283                 goto restart_scan;
284         }
285         return NULL;
286
287 found:
288         bdata->last_success = PFN_PHYS(start);
289         BUG_ON(start >= eidx);
290
291         /*
292          * Is the next page of the previous allocation-end the start
293          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
294          * the previous partial page with this allocation.
295          */
296         if (align < PAGE_SIZE &&
297             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
298                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
299                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
300                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
301                 if (size < remaining_size) {
302                         areasize = 0;
303                         /* last_pos unchanged */
304                         bdata->last_offset = offset + size;
305                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
306                                            offset +
307                                            bdata->node_boot_start);
308                 } else {
309                         remaining_size = size - remaining_size;
310                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
311                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
312                                            offset +
313                                            bdata->node_boot_start);
314                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
315                         bdata->last_offset = remaining_size;
316                 }
317                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
318         } else {
319                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
320                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
321                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
322         }
323
324         /*
325          * Reserve the area now:
326          */
327         for (i = start; i < start + areasize; i++)
328                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
329                         BUG();
330         memset(ret, 0, size);
331         return ret;
332 }
333
334 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
335 {
336         struct page *page;
337         unsigned long pfn;
338         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
339         unsigned long i, count, total = 0;
340         unsigned long idx;
341         unsigned long *map; 
342         int gofast = 0;
343
344         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
345
346         count = 0;
347         /* first extant page of the node */
348         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
349         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
350         map = bdata->node_bootmem_map;
351         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
352         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
353             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
354                 gofast = 1;
355         for (i = 0; i < idx; ) {
356                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
357
358                 if (gofast && v == ~0UL) {
359                         int order;
360
361                         page = pfn_to_page(pfn);
362                         count += BITS_PER_LONG;
363                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
364                         __free_pages_bootmem(page, order);
365                         i += BITS_PER_LONG;
366                         page += BITS_PER_LONG;
367                 } else if (v) {
368                         unsigned long m;
369
370                         page = pfn_to_page(pfn);
371                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
372                                 if (v & m) {
373                                         count++;
374                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
375                                 }
376                         }
377                 } else {
378                         i += BITS_PER_LONG;
379                 }
380                 pfn += BITS_PER_LONG;
381         }
382         total += count;
383
384         /*
385          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
386          * needed anymore:
387          */
388         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
389         count = 0;
390         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
391         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
392                 __free_pages_bootmem(page, 0);
393                 count++;
394         }
395         total += count;
396         bdata->node_bootmem_map = NULL;
397
398         return total;
399 }
400
401 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
402                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
403 {
404         return init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn);
405 }
406
407 void __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
408                                  unsigned long size, int flags)
409 {
410         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
411 }
412
413 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
414                               unsigned long size)
415 {
416         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
417 }
418
419 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
420 {
421         return free_all_bootmem_core(pgdat);
422 }
423
424 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
425 {
426         max_low_pfn = pages;
427         min_low_pfn = start;
428         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages);
429 }
430
431 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
432 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
433                             int flags)
434 {
435         return reserve_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size, flags);
436 }
437 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
438
439 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
440 {
441         bootmem_data_t *bdata;
442         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
443                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
444 }
445
446 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
447 {
448         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0));
449 }
450
451 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
452                                       unsigned long goal)
453 {
454         bootmem_data_t *bdata;
455         void *ptr;
456
457         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
458                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
459                 if (ptr)
460                         return ptr;
461         }
462         return NULL;
463 }
464
465 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
466                               unsigned long goal)
467 {
468         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
469
470         if (mem)
471                 return mem;
472         /*
473          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
474          */
475         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
476         panic("Out of memory");
477         return NULL;
478 }
479
480
481 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
482                                    unsigned long align, unsigned long goal)
483 {
484         void *ptr;
485
486         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
487         if (ptr)
488                 return ptr;
489
490         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
491 }
492
493 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
494 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
495 #endif
496
497 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
498                                   unsigned long goal)
499 {
500         bootmem_data_t *bdata;
501         void *ptr;
502
503         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
504                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
505                                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
506                 if (ptr)
507                         return ptr;
508         }
509
510         /*
511          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
512          */
513         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
514         panic("Out of low memory");
515         return NULL;
516 }
517
518 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
519                                        unsigned long align, unsigned long goal)
520 {
521         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
522                                     ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
523 }