bootmem: factor out the marking of a PFN range
[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_data_t *bdata,
229                         unsigned long sidx, unsigned long eidx)
230 {
231         unsigned long idx;
232
233         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx\n", bdata - bootmem_node_data,
234                 sidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
235                 eidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start));
236
237         if (bdata->hint_idx > sidx)
238                 bdata->hint_idx = sidx;
239
240         for (idx = sidx; idx < eidx; idx++)
241                 if (!test_and_clear_bit(idx, bdata->node_bootmem_map))
242                         BUG();
243 }
244
245 static int __init __reserve(bootmem_data_t *bdata, unsigned long sidx,
246                         unsigned long eidx, int flags)
247 {
248         unsigned long idx;
249         int exclusive = flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE;
250
251         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx flags=%x\n",
252                 bdata - bootmem_node_data,
253                 sidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
254                 eidx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start),
255                 flags);
256
257         for (idx = sidx; idx < eidx; idx++)
258                 if (test_and_set_bit(idx, bdata->node_bootmem_map)) {
259                         if (exclusive) {
260                                 __free(bdata, sidx, idx);
261                                 return -EBUSY;
262                         }
263                         bdebug("silent double reserve of PFN %lx\n",
264                                 idx + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start));
265                 }
266         return 0;
267 }
268
269 static int __init mark_bootmem_node(bootmem_data_t *bdata,
270                                 unsigned long start, unsigned long end,
271                                 int reserve, int flags)
272 {
273         unsigned long sidx, eidx;
274
275         bdebug("nid=%td start=%lx end=%lx reserve=%d flags=%x\n",
276                 bdata - bootmem_node_data, start, end, reserve, flags);
277
278         BUG_ON(start < PFN_DOWN(bdata->node_boot_start));
279         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
280
281         sidx = start - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
282         eidx = end - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
283
284         if (reserve)
285                 return __reserve(bdata, sidx, eidx, flags);
286         else
287                 __free(bdata, sidx, eidx);
288         return 0;
289 }
290
291 static int __init mark_bootmem(unsigned long start, unsigned long end,
292                                 int reserve, int flags)
293 {
294         unsigned long pos;
295         bootmem_data_t *bdata;
296
297         pos = start;
298         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
299                 int err;
300                 unsigned long max;
301
302                 if (pos < PFN_DOWN(bdata->node_boot_start)) {
303                         BUG_ON(pos != start);
304                         continue;
305                 }
306
307                 max = min(bdata->node_low_pfn, end);
308
309                 err = mark_bootmem_node(bdata, pos, max, reserve, flags);
310                 if (reserve && err) {
311                         mark_bootmem(start, pos, 0, 0);
312                         return err;
313                 }
314
315                 if (max == end)
316                         return 0;
317                 pos = bdata->node_low_pfn;
318         }
319         BUG();
320 }
321
322 /**
323  * free_bootmem_node - mark a page range as usable
324  * @pgdat: node the range resides on
325  * @physaddr: starting address of the range
326  * @size: size of the range in bytes
327  *
328  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
329  *
330  * The range must reside completely on the specified node.
331  */
332 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
333                               unsigned long size)
334 {
335         unsigned long start, end;
336
337         start = PFN_UP(physaddr);
338         end = PFN_DOWN(physaddr + size);
339
340         mark_bootmem_node(pgdat->bdata, start, end, 0, 0);
341 }
342
343 /**
344  * free_bootmem - mark a page range as usable
345  * @addr: starting address of the range
346  * @size: size of the range in bytes
347  *
348  * Partial pages will be considered reserved and left as they are.
349  *
350  * The range must be contiguous but may span node boundaries.
351  */
352 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
353 {
354         unsigned long start, end;
355
356         start = PFN_UP(addr);
357         end = PFN_DOWN(addr + size);
358
359         mark_bootmem(start, end, 0, 0);
360 }
361
362 /**
363  * reserve_bootmem_node - mark a page range as reserved
364  * @pgdat: node the range resides on
365  * @physaddr: starting address of the range
366  * @size: size of the range in bytes
367  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
368  *
369  * Partial pages will be reserved.
370  *
371  * The range must reside completely on the specified node.
372  */
373 int __init reserve_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
374                                  unsigned long size, int flags)
375 {
376         unsigned long start, end;
377
378         start = PFN_DOWN(physaddr);
379         end = PFN_UP(physaddr + size);
380
381         return mark_bootmem_node(pgdat->bdata, start, end, 1, flags);
382 }
383
384 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
385 /**
386  * reserve_bootmem - mark a page range as usable
387  * @addr: starting address of the range
388  * @size: size of the range in bytes
389  * @flags: reservation flags (see linux/bootmem.h)
390  *
391  * Partial pages will be reserved.
392  *
393  * The range must be contiguous but may span node boundaries.
394  */
395 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
396                             int flags)
397 {
398         unsigned long start, end;
399
400         start = PFN_DOWN(addr);
401         end = PFN_UP(addr + size);
402
403         return mark_bootmem(start, end, 1, flags);
404 }
405 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
406
407 static void * __init alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata,
408                                 unsigned long size, unsigned long align,
409                                 unsigned long goal, unsigned long limit)
410 {
411         unsigned long min, max, start, sidx, midx, step;
412
413         BUG_ON(!size);
414         BUG_ON(align & (align - 1));
415         BUG_ON(limit && goal + size > limit);
416
417         if (!bdata->node_bootmem_map)
418                 return NULL;
419
420         bdebug("nid=%td size=%lx [%lu pages] align=%lx goal=%lx limit=%lx\n",
421                 bdata - bootmem_node_data, size, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT,
422                 align, goal, limit);
423
424         min = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
425         max = bdata->node_low_pfn;
426
427         goal >>= PAGE_SHIFT;
428         limit >>= PAGE_SHIFT;
429
430         if (limit && max > limit)
431                 max = limit;
432         if (max <= min)
433                 return NULL;
434
435         step = max(align >> PAGE_SHIFT, 1UL);
436
437         if (goal && min < goal && goal < max)
438                 start = ALIGN(goal, step);
439         else
440                 start = ALIGN(min, step);
441
442         sidx = start - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
443         midx = max - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
444
445         if (bdata->hint_idx > sidx) {
446                 /* Make sure we retry on failure */
447                 goal = 1;
448                 sidx = ALIGN(bdata->hint_idx, step);
449         }
450
451         while (1) {
452                 int merge;
453                 void *region;
454                 unsigned long eidx, i, start_off, end_off;
455 find_block:
456                 sidx = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, midx, sidx);
457                 sidx = ALIGN(sidx, step);
458                 eidx = sidx + PFN_UP(size);
459
460                 if (sidx >= midx || eidx > midx)
461                         break;
462
463                 for (i = sidx; i < eidx; i++)
464                         if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
465                                 sidx = ALIGN(i, step);
466                                 if (sidx == i)
467                                         sidx += step;
468                                 goto find_block;
469                         }
470
471                 if (bdata->last_end_off &&
472                                 PFN_DOWN(bdata->last_end_off) + 1 == sidx)
473                         start_off = ALIGN(bdata->last_end_off, align);
474                 else
475                         start_off = PFN_PHYS(sidx);
476
477                 merge = PFN_DOWN(start_off) < sidx;
478                 end_off = start_off + size;
479
480                 bdata->last_end_off = end_off;
481                 bdata->hint_idx = PFN_UP(end_off);
482
483                 /*
484                  * Reserve the area now:
485                  */
486                 if (__reserve(bdata, PFN_DOWN(start_off) + merge,
487                                 PFN_UP(end_off), BOOTMEM_EXCLUSIVE))
488                         BUG();
489
490                 region = phys_to_virt(bdata->node_boot_start + start_off);
491                 memset(region, 0, size);
492                 return region;
493         }
494
495         if (goal) {
496                 goal = 0;
497                 sidx = 0;
498                 goto find_block;
499         }
500
501         return NULL;
502 }
503
504 /**
505  * __alloc_bootmem_nopanic - allocate boot memory without panicking
506  * @size: size of the request in bytes
507  * @align: alignment of the region
508  * @goal: preferred starting address of the region
509  *
510  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
511  * fall back to memory below @goal.
512  *
513  * Allocation may happen on any node in the system.
514  *
515  * Returns NULL on failure.
516  */
517 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
518                                       unsigned long goal)
519 {
520         bootmem_data_t *bdata;
521         void *ptr;
522
523         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
524                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
525                 if (ptr)
526                         return ptr;
527         }
528         return NULL;
529 }
530
531 /**
532  * __alloc_bootmem - allocate boot memory
533  * @size: size of the request in bytes
534  * @align: alignment of the region
535  * @goal: preferred starting address of the region
536  *
537  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
538  * fall back to memory below @goal.
539  *
540  * Allocation may happen on any node in the system.
541  *
542  * The function panics if the request can not be satisfied.
543  */
544 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
545                               unsigned long goal)
546 {
547         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
548
549         if (mem)
550                 return mem;
551         /*
552          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
553          */
554         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
555         panic("Out of memory");
556         return NULL;
557 }
558
559 /**
560  * __alloc_bootmem_node - allocate boot memory from a specific node
561  * @pgdat: node to allocate from
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 fall back to any node in the system if the specified node
570  * can not hold the requested memory.
571  *
572  * The function panics if the request can not be satisfied.
573  */
574 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
575                                    unsigned long align, unsigned long goal)
576 {
577         void *ptr;
578
579         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
580         if (ptr)
581                 return ptr;
582
583         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
584 }
585
586 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
587 /**
588  * alloc_bootmem_section - allocate boot memory from a specific section
589  * @size: size of the request in bytes
590  * @section_nr: sparse map section to allocate from
591  *
592  * Return NULL on failure.
593  */
594 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
595                                     unsigned long section_nr)
596 {
597         void *ptr;
598         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
599         struct pglist_data *pgdat;
600
601         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
602         goal = PFN_PHYS(pfn);
603         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
604         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
605         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
606                                 limit);
607
608         if (!ptr)
609                 return NULL;
610
611         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
612         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
613         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
614                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
615                        section_nr);
616                 free_bootmem_node(pgdat, __pa(ptr), size);
617                 ptr = NULL;
618         }
619
620         return ptr;
621 }
622 #endif
623
624 void * __init __alloc_bootmem_node_nopanic(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
625                                    unsigned long align, unsigned long goal)
626 {
627         void *ptr;
628
629         ptr = alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
630         if (ptr)
631                 return ptr;
632
633         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, goal);
634 }
635
636 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
637 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
638 #endif
639
640 /**
641  * __alloc_bootmem_low - allocate low boot memory
642  * @size: size of the request in bytes
643  * @align: alignment of the region
644  * @goal: preferred starting address of the region
645  *
646  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
647  * fall back to memory below @goal.
648  *
649  * Allocation may happen on any node in the system.
650  *
651  * The function panics if the request can not be satisfied.
652  */
653 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
654                                   unsigned long goal)
655 {
656         bootmem_data_t *bdata;
657         void *ptr;
658
659         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
660                 ptr = alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
661                                         ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
662                 if (ptr)
663                         return ptr;
664         }
665
666         /*
667          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
668          */
669         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
670         panic("Out of low memory");
671         return NULL;
672 }
673
674 /**
675  * __alloc_bootmem_low_node - allocate low boot memory from a specific node
676  * @pgdat: node to allocate from
677  * @size: size of the request in bytes
678  * @align: alignment of the region
679  * @goal: preferred starting address of the region
680  *
681  * The goal is dropped if it can not be satisfied and the allocation will
682  * fall back to memory below @goal.
683  *
684  * Allocation may fall back to any node in the system if the specified node
685  * can not hold the requested memory.
686  *
687  * The function panics if the request can not be satisfied.
688  */
689 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
690                                        unsigned long align, unsigned long goal)
691 {
692         return alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
693                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
694 }