mm: introduce non panic alloc_bootmem
[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 bootmem_data_t bootmem_node_data[MAX_NUMNODES] __initdata;
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(bootmem_data_t *bdata,
91         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
92 {
93         unsigned long mapsize;
94
95         mminit_validate_memmodel_limits(&start, &end);
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 int __init can_reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
117                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
118 {
119         unsigned long sidx, eidx;
120         unsigned long i;
121
122         BUG_ON(!size);
123
124         /* out of range, don't hold other */
125         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
126                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
127                 return 0;
128
129         /*
130          * Round up to index to the range.
131          */
132         if (addr > bdata->node_boot_start)
133                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
134         else
135                 sidx = 0;
136
137         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
138         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
139                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
140
141         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
142                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
143                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE)
144                                 return -EBUSY;
145                 }
146         }
147
148         return 0;
149
150 }
151
152 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
153                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
154 {
155         unsigned long sidx, eidx;
156         unsigned long i;
157
158         BUG_ON(!size);
159
160         /* out of range */
161         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
162                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
163                 return;
164
165         /*
166          * Round up to index to the range.
167          */
168         if (addr > bdata->node_boot_start)
169                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
170         else
171                 sidx = 0;
172
173         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
174         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
175                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
176
177         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
178                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
179 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
180                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
181 #endif
182                 }
183         }
184 }
185
186 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
187                                      unsigned long size)
188 {
189         unsigned long sidx, eidx;
190         unsigned long i;
191
192         BUG_ON(!size);
193
194         /* out range */
195         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
196                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
197                 return;
198         /*
199          * round down end of usable mem, partially free pages are
200          * considered reserved.
201          */
202
203         if (addr >= bdata->node_boot_start && addr < bdata->last_success)
204                 bdata->last_success = addr;
205
206         /*
207          * Round up to index to the range.
208          */
209         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
210                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
211         else
212                 sidx = 0;
213
214         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
215         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
216                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
217
218         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
219                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
220                         BUG();
221         }
222 }
223
224 /*
225  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
226  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
227  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
228  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
229  * is not a problem.
230  *
231  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
232  *
233  * alignment has to be a power of 2 value.
234  *
235  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
236  */
237 static void * __init
238 alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
239                 unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
240 {
241         unsigned long areasize, preferred;
242         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
243         void *ret;
244         unsigned long node_boot_start;
245         void *node_bootmem_map;
246
247         if (!size) {
248                 printk("alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
249                 BUG();
250         }
251         BUG_ON(align & (align-1));
252
253         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
254         if (!bdata->node_bootmem_map)
255                 return NULL;
256
257         /* bdata->node_boot_start is supposed to be (12+6)bits alignment on x86_64 ? */
258         node_boot_start = bdata->node_boot_start;
259         node_bootmem_map = bdata->node_bootmem_map;
260         if (align) {
261                 node_boot_start = ALIGN(bdata->node_boot_start, align);
262                 if (node_boot_start > bdata->node_boot_start)
263                         node_bootmem_map = (unsigned long *)bdata->node_bootmem_map +
264                             PFN_DOWN(node_boot_start - bdata->node_boot_start)/BITS_PER_LONG;
265         }
266
267         if (limit && node_boot_start >= limit)
268                 return NULL;
269
270         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
271         limit = PFN_DOWN(limit);
272         if (limit && end_pfn > limit)
273                 end_pfn = limit;
274
275         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(node_boot_start);
276
277         /*
278          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
279          * first, then we try to allocate lower pages.
280          */
281         preferred = 0;
282         if (goal && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
283                 if (goal > node_boot_start)
284                         preferred = goal - node_boot_start;
285
286                 if (bdata->last_success > node_boot_start &&
287                         bdata->last_success - node_boot_start >= preferred)
288                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
289                                 preferred = bdata->last_success - node_boot_start;
290         }
291
292         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align));
293         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
294         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
295
296 restart_scan:
297         for (i = preferred; i < eidx;) {
298                 unsigned long j;
299
300                 i = find_next_zero_bit(node_bootmem_map, eidx, i);
301                 i = ALIGN(i, incr);
302                 if (i >= eidx)
303                         break;
304                 if (test_bit(i, node_bootmem_map)) {
305                         i += incr;
306                         continue;
307                 }
308                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
309                         if (j >= eidx)
310                                 goto fail_block;
311                         if (test_bit(j, node_bootmem_map))
312                                 goto fail_block;
313                 }
314                 start = i;
315                 goto found;
316         fail_block:
317                 i = ALIGN(j, incr);
318                 if (i == j)
319                         i += incr;
320         }
321
322         if (preferred > 0) {
323                 preferred = 0;
324                 goto restart_scan;
325         }
326         return NULL;
327
328 found:
329         bdata->last_success = PFN_PHYS(start) + node_boot_start;
330         BUG_ON(start >= eidx);
331
332         /*
333          * Is the next page of the previous allocation-end the start
334          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
335          * the previous partial page with this allocation.
336          */
337         if (align < PAGE_SIZE &&
338             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
339                 unsigned long offset, remaining_size;
340                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
341                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
342                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
343                 if (size < remaining_size) {
344                         areasize = 0;
345                         /* last_pos unchanged */
346                         bdata->last_offset = offset + size;
347                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
348                                            offset + node_boot_start);
349                 } else {
350                         remaining_size = size - remaining_size;
351                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
352                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
353                                            offset + node_boot_start);
354                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
355                         bdata->last_offset = remaining_size;
356                 }
357                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
358         } else {
359                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
360                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
361                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + node_boot_start);
362         }
363
364         /*
365          * Reserve the area now:
366          */
367         for (i = start; i < start + areasize; i++)
368                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, node_bootmem_map)))
369                         BUG();
370         memset(ret, 0, size);
371         return ret;
372 }
373
374 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata)
375 {
376         struct page *page;
377         unsigned long pfn;
378         unsigned long i, count;
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         /*
391          * Check if we are aligned to BITS_PER_LONG pages.  If so, we might
392          * be able to free page orders of that size at once.
393          */
394         if (!(pfn & (BITS_PER_LONG-1)))
395                 gofast = 1;
396
397         for (i = 0; i < idx; ) {
398                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
399
400                 if (gofast && v == ~0UL) {
401                         int order;
402
403                         page = pfn_to_page(pfn);
404                         count += BITS_PER_LONG;
405                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
406                         __free_pages_bootmem(page, order);
407                         i += BITS_PER_LONG;
408                         page += BITS_PER_LONG;
409                 } else if (v) {
410                         unsigned long m;
411
412                         page = pfn_to_page(pfn);
413                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
414                                 if (v & m) {
415                                         count++;
416                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
417                                 }
418                         }
419                 } else {
420                         i += BITS_PER_LONG;
421                 }
422                 pfn += BITS_PER_LONG;
423         }
424
425         /*
426          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
427          * needed anymore:
428          */
429         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
430         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
431         for (i = 0; i < idx; i++, page++)
432                 __free_pages_bootmem(page, 0);
433         count += i;
434         bdata->node_bootmem_map = NULL;
435
436         return count;
437 }
438
439 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
440                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
441 {
442         return init_bootmem_core(pgdat->bdata, freepfn, startpfn, endpfn);
443 }
444
445 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
446                                  unsigned long size, int flags)
447 {
448         int ret;
449
450         ret = can_reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
451         if (ret < 0)
452                 return -ENOMEM;
453         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
454
455         return 0;
456 }
457
458 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
459                               unsigned long size)
460 {
461         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
462 }
463
464 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
465 {
466         register_page_bootmem_info_node(pgdat);
467         return free_all_bootmem_core(pgdat->bdata);
468 }
469
470 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
471 {
472         max_low_pfn = pages;
473         min_low_pfn = start;
474         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, start, 0, pages);
475 }
476
477 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
478 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
479                             int flags)
480 {
481         bootmem_data_t *bdata;
482         int ret;
483
484         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
485                 ret = can_reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
486                 if (ret < 0)
487                         return ret;
488         }
489         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
490                 reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
491
492         return 0;
493 }
494 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
495
496 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
497 {
498         bootmem_data_t *bdata;
499         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
500                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
501 }
502
503 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
504 {
505         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata);
506 }
507
508 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
509                                       unsigned long goal)
510 {
511         bootmem_data_t *bdata;
512         void *ptr;
513
514         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
515                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
516                 if (ptr)
517                         return ptr;
518         }
519         return NULL;
520 }
521
522 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
523                               unsigned long goal)
524 {
525         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
526
527         if (mem)
528                 return mem;
529         /*
530          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
531          */
532         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
533         panic("Out of memory");
534         return NULL;
535 }
536
537
538 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
539                                    unsigned long align, unsigned long goal)
540 {
541         void *ptr;
542
543         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
544         if (ptr)
545                 return ptr;
546
547         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
548 }
549
550 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
551 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
552                                     unsigned long section_nr)
553 {
554         void *ptr;
555         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
556         struct pglist_data *pgdat;
557
558         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
559         goal = PFN_PHYS(pfn);
560         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
561         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
562         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
563                                 limit);
564
565         if (!ptr)
566                 return NULL;
567
568         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
569         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
570         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
571                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
572                        section_nr);
573                 free_bootmem_core(pgdat->bdata, __pa(ptr), size);
574                 ptr = NULL;
575         }
576
577         return ptr;
578 }
579 #endif
580
581 void * __init __alloc_bootmem_node_nopanic(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
582                                    unsigned long align, unsigned long goal)
583 {
584         void *ptr;
585
586         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
587         if (ptr)
588                 return ptr;
589
590         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal);
591 }
592
593 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
594 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
595 #endif
596
597 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
598                                   unsigned long goal)
599 {
600         bootmem_data_t *bdata;
601         void *ptr;
602
603         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
604                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
605                                         ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
606                 if (ptr)
607                         return ptr;
608         }
609
610         /*
611          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
612          */
613         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
614         panic("Out of low memory");
615         return NULL;
616 }
617
618 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
619                                        unsigned long align, unsigned long goal)
620 {
621         return alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
622                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
623 }