mm: move bootmem descriptors definition to a single place
[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(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         mminit_validate_memmodel_limits(&start, &end);
97         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
98         bdata->node_boot_start = PFN_PHYS(start);
99         bdata->node_low_pfn = end;
100         link_bootmem(bdata);
101
102         /*
103          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
104          * register free RAM areas explicitly.
105          */
106         mapsize = get_mapsize(bdata);
107         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
108
109         return mapsize;
110 }
111
112 /*
113  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
114  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
115  * to the free page pool later on.
116  */
117 static int __init can_reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
118                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
119 {
120         unsigned long sidx, eidx;
121         unsigned long i;
122
123         BUG_ON(!size);
124
125         /* out of range, don't hold other */
126         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
127                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
128                 return 0;
129
130         /*
131          * Round up to index to the range.
132          */
133         if (addr > bdata->node_boot_start)
134                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
135         else
136                 sidx = 0;
137
138         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
139         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
140                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
141
142         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
143                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
144                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE)
145                                 return -EBUSY;
146                 }
147         }
148
149         return 0;
150
151 }
152
153 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
154                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
155 {
156         unsigned long sidx, eidx;
157         unsigned long i;
158
159         BUG_ON(!size);
160
161         /* out of range */
162         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
163                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
164                 return;
165
166         /*
167          * Round up to index to the range.
168          */
169         if (addr > bdata->node_boot_start)
170                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
171         else
172                 sidx = 0;
173
174         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
175         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
176                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
177
178         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
179                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
180 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
181                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
182 #endif
183                 }
184         }
185 }
186
187 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
188                                      unsigned long size)
189 {
190         unsigned long sidx, eidx;
191         unsigned long i;
192
193         BUG_ON(!size);
194
195         /* out range */
196         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
197                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
198                 return;
199         /*
200          * round down end of usable mem, partially free pages are
201          * considered reserved.
202          */
203
204         if (addr >= bdata->node_boot_start && addr < bdata->last_success)
205                 bdata->last_success = addr;
206
207         /*
208          * Round up to index to the range.
209          */
210         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
211                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
212         else
213                 sidx = 0;
214
215         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
216         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
217                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
218
219         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
220                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
221                         BUG();
222         }
223 }
224
225 /*
226  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
227  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
228  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
229  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
230  * is not a problem.
231  *
232  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
233  *
234  * alignment has to be a power of 2 value.
235  *
236  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
237  */
238 void * __init
239 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
240               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
241 {
242         unsigned long areasize, preferred;
243         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
244         void *ret;
245         unsigned long node_boot_start;
246         void *node_bootmem_map;
247
248         if (!size) {
249                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
250                 BUG();
251         }
252         BUG_ON(align & (align-1));
253
254         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
255         if (!bdata->node_bootmem_map)
256                 return NULL;
257
258         /* bdata->node_boot_start is supposed to be (12+6)bits alignment on x86_64 ? */
259         node_boot_start = bdata->node_boot_start;
260         node_bootmem_map = bdata->node_bootmem_map;
261         if (align) {
262                 node_boot_start = ALIGN(bdata->node_boot_start, align);
263                 if (node_boot_start > bdata->node_boot_start)
264                         node_bootmem_map = (unsigned long *)bdata->node_bootmem_map +
265                             PFN_DOWN(node_boot_start - bdata->node_boot_start)/BITS_PER_LONG;
266         }
267
268         if (limit && node_boot_start >= limit)
269                 return NULL;
270
271         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
272         limit = PFN_DOWN(limit);
273         if (limit && end_pfn > limit)
274                 end_pfn = limit;
275
276         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(node_boot_start);
277
278         /*
279          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
280          * first, then we try to allocate lower pages.
281          */
282         preferred = 0;
283         if (goal && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
284                 if (goal > node_boot_start)
285                         preferred = goal - node_boot_start;
286
287                 if (bdata->last_success > node_boot_start &&
288                         bdata->last_success - node_boot_start >= preferred)
289                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
290                                 preferred = bdata->last_success - node_boot_start;
291         }
292
293         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align));
294         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
295         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
296
297 restart_scan:
298         for (i = preferred; i < eidx;) {
299                 unsigned long j;
300
301                 i = find_next_zero_bit(node_bootmem_map, eidx, i);
302                 i = ALIGN(i, incr);
303                 if (i >= eidx)
304                         break;
305                 if (test_bit(i, node_bootmem_map)) {
306                         i += incr;
307                         continue;
308                 }
309                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
310                         if (j >= eidx)
311                                 goto fail_block;
312                         if (test_bit(j, node_bootmem_map))
313                                 goto fail_block;
314                 }
315                 start = i;
316                 goto found;
317         fail_block:
318                 i = ALIGN(j, incr);
319                 if (i == j)
320                         i += incr;
321         }
322
323         if (preferred > 0) {
324                 preferred = 0;
325                 goto restart_scan;
326         }
327         return NULL;
328
329 found:
330         bdata->last_success = PFN_PHYS(start) + node_boot_start;
331         BUG_ON(start >= eidx);
332
333         /*
334          * Is the next page of the previous allocation-end the start
335          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
336          * the previous partial page with this allocation.
337          */
338         if (align < PAGE_SIZE &&
339             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
340                 unsigned long offset, remaining_size;
341                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
342                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
343                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
344                 if (size < remaining_size) {
345                         areasize = 0;
346                         /* last_pos unchanged */
347                         bdata->last_offset = offset + size;
348                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
349                                            offset + node_boot_start);
350                 } else {
351                         remaining_size = size - remaining_size;
352                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
353                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
354                                            offset + node_boot_start);
355                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
356                         bdata->last_offset = remaining_size;
357                 }
358                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
359         } else {
360                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
361                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
362                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + node_boot_start);
363         }
364
365         /*
366          * Reserve the area now:
367          */
368         for (i = start; i < start + areasize; i++)
369                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, node_bootmem_map)))
370                         BUG();
371         memset(ret, 0, size);
372         return ret;
373 }
374
375 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
376 {
377         struct page *page;
378         unsigned long pfn;
379         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
380         unsigned long i, count, total = 0;
381         unsigned long idx;
382         unsigned long *map; 
383         int gofast = 0;
384
385         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
386
387         count = 0;
388         /* first extant page of the node */
389         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
390         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
391         map = bdata->node_bootmem_map;
392         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
393         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
394             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
395                 gofast = 1;
396         for (i = 0; i < idx; ) {
397                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
398
399                 if (gofast && v == ~0UL) {
400                         int order;
401
402                         page = pfn_to_page(pfn);
403                         count += BITS_PER_LONG;
404                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
405                         __free_pages_bootmem(page, order);
406                         i += BITS_PER_LONG;
407                         page += BITS_PER_LONG;
408                 } else if (v) {
409                         unsigned long m;
410
411                         page = pfn_to_page(pfn);
412                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
413                                 if (v & m) {
414                                         count++;
415                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
416                                 }
417                         }
418                 } else {
419                         i += BITS_PER_LONG;
420                 }
421                 pfn += BITS_PER_LONG;
422         }
423         total += count;
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         count = 0;
431         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
432         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
433                 __free_pages_bootmem(page, 0);
434                 count++;
435         }
436         total += count;
437         bdata->node_bootmem_map = NULL;
438
439         return total;
440 }
441
442 unsigned long __init init_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
443                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
444 {
445         return init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn);
446 }
447
448 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
449                                  unsigned long size, int flags)
450 {
451         int ret;
452
453         ret = can_reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
454         if (ret < 0)
455                 return -ENOMEM;
456         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
457
458         return 0;
459 }
460
461 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
462                               unsigned long size)
463 {
464         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
465 }
466
467 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
468 {
469         register_page_bootmem_info_node(pgdat);
470         return free_all_bootmem_core(pgdat);
471 }
472
473 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
474 {
475         max_low_pfn = pages;
476         min_low_pfn = start;
477         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages);
478 }
479
480 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
481 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
482                             int flags)
483 {
484         bootmem_data_t *bdata;
485         int ret;
486
487         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
488                 ret = can_reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
489                 if (ret < 0)
490                         return ret;
491         }
492         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
493                 reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
494
495         return 0;
496 }
497 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
498
499 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
500 {
501         bootmem_data_t *bdata;
502         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
503                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
504 }
505
506 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
507 {
508         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0));
509 }
510
511 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
512                                       unsigned long goal)
513 {
514         bootmem_data_t *bdata;
515         void *ptr;
516
517         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
518                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
519                 if (ptr)
520                         return ptr;
521         }
522         return NULL;
523 }
524
525 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
526                               unsigned long goal)
527 {
528         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
529
530         if (mem)
531                 return mem;
532         /*
533          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
534          */
535         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
536         panic("Out of memory");
537         return NULL;
538 }
539
540
541 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
542                                    unsigned long align, unsigned long goal)
543 {
544         void *ptr;
545
546         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
547         if (ptr)
548                 return ptr;
549
550         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
551 }
552
553 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
554 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
555                                     unsigned long section_nr)
556 {
557         void *ptr;
558         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
559         struct pglist_data *pgdat;
560
561         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
562         goal = PFN_PHYS(pfn);
563         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
564         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
565         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
566                                    limit);
567
568         if (!ptr)
569                 return NULL;
570
571         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
572         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
573         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
574                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
575                        section_nr);
576                 free_bootmem_core(pgdat->bdata, __pa(ptr), size);
577                 ptr = NULL;
578         }
579
580         return ptr;
581 }
582 #endif
583
584 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
585 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
586 #endif
587
588 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
589                                   unsigned long goal)
590 {
591         bootmem_data_t *bdata;
592         void *ptr;
593
594         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
595                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
596                                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
597                 if (ptr)
598                         return ptr;
599         }
600
601         /*
602          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
603          */
604         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
605         panic("Out of low memory");
606         return NULL;
607 }
608
609 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
610                                        unsigned long align, unsigned long goal)
611 {
612         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
613                                     ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
614 }