memory hotplug: make alloc_bootmem_section()
[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 can_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
120         BUG_ON(!size);
121
122         /* out of range, don't hold other */
123         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
124                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
125                 return 0;
126
127         /*
128          * Round up to index to the range.
129          */
130         if (addr > bdata->node_boot_start)
131                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
132         else
133                 sidx = 0;
134
135         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
136         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
137                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
138
139         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
140                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
141                         if (flags & BOOTMEM_EXCLUSIVE)
142                                 return -EBUSY;
143                 }
144         }
145
146         return 0;
147
148 }
149
150 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata,
151                         unsigned long addr, unsigned long size, int flags)
152 {
153         unsigned long sidx, eidx;
154         unsigned long i;
155
156         BUG_ON(!size);
157
158         /* out of range */
159         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
160                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
161                 return;
162
163         /*
164          * Round up to index to the range.
165          */
166         if (addr > bdata->node_boot_start)
167                 sidx= PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
168         else
169                 sidx = 0;
170
171         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
172         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
173                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
174
175         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
176                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
177 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
178                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
179 #endif
180                 }
181         }
182 }
183
184 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
185                                      unsigned long size)
186 {
187         unsigned long sidx, eidx;
188         unsigned long i;
189
190         BUG_ON(!size);
191
192         /* out range */
193         if (addr + size < bdata->node_boot_start ||
194                 PFN_DOWN(addr) > bdata->node_low_pfn)
195                 return;
196         /*
197          * round down end of usable mem, partially free pages are
198          * considered reserved.
199          */
200
201         if (addr >= bdata->node_boot_start && addr < bdata->last_success)
202                 bdata->last_success = addr;
203
204         /*
205          * Round up to index to the range.
206          */
207         if (PFN_UP(addr) > PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
208                 sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
209         else
210                 sidx = 0;
211
212         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
213         if (eidx > bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start))
214                 eidx = bdata->node_low_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
215
216         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
217                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
218                         BUG();
219         }
220 }
221
222 /*
223  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
224  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
225  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
226  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
227  * is not a problem.
228  *
229  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
230  *
231  * alignment has to be a power of 2 value.
232  *
233  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
234  */
235 void * __init
236 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
237               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
238 {
239         unsigned long areasize, preferred;
240         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
241         void *ret;
242         unsigned long node_boot_start;
243         void *node_bootmem_map;
244
245         if (!size) {
246                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
247                 BUG();
248         }
249         BUG_ON(align & (align-1));
250
251         /* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
252         if (!bdata->node_bootmem_map)
253                 return NULL;
254
255         /* bdata->node_boot_start is supposed to be (12+6)bits alignment on x86_64 ? */
256         node_boot_start = bdata->node_boot_start;
257         node_bootmem_map = bdata->node_bootmem_map;
258         if (align) {
259                 node_boot_start = ALIGN(bdata->node_boot_start, align);
260                 if (node_boot_start > bdata->node_boot_start)
261                         node_bootmem_map = (unsigned long *)bdata->node_bootmem_map +
262                             PFN_DOWN(node_boot_start - bdata->node_boot_start)/BITS_PER_LONG;
263         }
264
265         if (limit && node_boot_start >= limit)
266                 return NULL;
267
268         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
269         limit = PFN_DOWN(limit);
270         if (limit && end_pfn > limit)
271                 end_pfn = limit;
272
273         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(node_boot_start);
274
275         /*
276          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
277          * first, then we try to allocate lower pages.
278          */
279         preferred = 0;
280         if (goal && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
281                 if (goal > node_boot_start)
282                         preferred = goal - node_boot_start;
283
284                 if (bdata->last_success > node_boot_start &&
285                         bdata->last_success - node_boot_start >= preferred)
286                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
287                                 preferred = bdata->last_success - node_boot_start;
288         }
289
290         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align));
291         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
292         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
293
294 restart_scan:
295         for (i = preferred; i < eidx;) {
296                 unsigned long j;
297
298                 i = find_next_zero_bit(node_bootmem_map, eidx, i);
299                 i = ALIGN(i, incr);
300                 if (i >= eidx)
301                         break;
302                 if (test_bit(i, node_bootmem_map)) {
303                         i += incr;
304                         continue;
305                 }
306                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
307                         if (j >= eidx)
308                                 goto fail_block;
309                         if (test_bit(j, node_bootmem_map))
310                                 goto fail_block;
311                 }
312                 start = i;
313                 goto found;
314         fail_block:
315                 i = ALIGN(j, incr);
316                 if (i == j)
317                         i += incr;
318         }
319
320         if (preferred > 0) {
321                 preferred = 0;
322                 goto restart_scan;
323         }
324         return NULL;
325
326 found:
327         bdata->last_success = PFN_PHYS(start) + node_boot_start;
328         BUG_ON(start >= eidx);
329
330         /*
331          * Is the next page of the previous allocation-end the start
332          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
333          * the previous partial page with this allocation.
334          */
335         if (align < PAGE_SIZE &&
336             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
337                 unsigned long offset, remaining_size;
338                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
339                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
340                 remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
341                 if (size < remaining_size) {
342                         areasize = 0;
343                         /* last_pos unchanged */
344                         bdata->last_offset = offset + size;
345                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
346                                            offset + node_boot_start);
347                 } else {
348                         remaining_size = size - remaining_size;
349                         areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
350                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
351                                            offset + node_boot_start);
352                         bdata->last_pos = start + areasize - 1;
353                         bdata->last_offset = remaining_size;
354                 }
355                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
356         } else {
357                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
358                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
359                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + node_boot_start);
360         }
361
362         /*
363          * Reserve the area now:
364          */
365         for (i = start; i < start + areasize; i++)
366                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, node_bootmem_map)))
367                         BUG();
368         memset(ret, 0, size);
369         return ret;
370 }
371
372 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
373 {
374         struct page *page;
375         unsigned long pfn;
376         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
377         unsigned long i, count, total = 0;
378         unsigned long idx;
379         unsigned long *map; 
380         int gofast = 0;
381
382         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
383
384         count = 0;
385         /* first extant page of the node */
386         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
387         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
388         map = bdata->node_bootmem_map;
389         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
390         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
391             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
392                 gofast = 1;
393         for (i = 0; i < idx; ) {
394                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
395
396                 if (gofast && v == ~0UL) {
397                         int order;
398
399                         page = pfn_to_page(pfn);
400                         count += BITS_PER_LONG;
401                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
402                         __free_pages_bootmem(page, order);
403                         i += BITS_PER_LONG;
404                         page += BITS_PER_LONG;
405                 } else if (v) {
406                         unsigned long m;
407
408                         page = pfn_to_page(pfn);
409                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
410                                 if (v & m) {
411                                         count++;
412                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
413                                 }
414                         }
415                 } else {
416                         i += BITS_PER_LONG;
417                 }
418                 pfn += BITS_PER_LONG;
419         }
420         total += count;
421
422         /*
423          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
424          * needed anymore:
425          */
426         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
427         count = 0;
428         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
429         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
430                 __free_pages_bootmem(page, 0);
431                 count++;
432         }
433         total += count;
434         bdata->node_bootmem_map = NULL;
435
436         return total;
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, freepfn, startpfn, endpfn);
443 }
444
445 void __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;
453         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size, flags);
454 }
455
456 void __init free_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
457                               unsigned long size)
458 {
459         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
460 }
461
462 unsigned long __init free_all_bootmem_node(pg_data_t *pgdat)
463 {
464         register_page_bootmem_info_node(pgdat);
465         return free_all_bootmem_core(pgdat);
466 }
467
468 unsigned long __init init_bootmem(unsigned long start, unsigned long pages)
469 {
470         max_low_pfn = pages;
471         min_low_pfn = start;
472         return init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages);
473 }
474
475 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
476 int __init reserve_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size,
477                             int flags)
478 {
479         bootmem_data_t *bdata;
480         int ret;
481
482         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
483                 ret = can_reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
484                 if (ret < 0)
485                         return ret;
486         }
487         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
488                 reserve_bootmem_core(bdata, addr, size, flags);
489
490         return 0;
491 }
492 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
493
494 void __init free_bootmem(unsigned long addr, unsigned long size)
495 {
496         bootmem_data_t *bdata;
497         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
498                 free_bootmem_core(bdata, addr, size);
499 }
500
501 unsigned long __init free_all_bootmem(void)
502 {
503         return free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0));
504 }
505
506 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
507                                       unsigned long goal)
508 {
509         bootmem_data_t *bdata;
510         void *ptr;
511
512         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
513                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0);
514                 if (ptr)
515                         return ptr;
516         }
517         return NULL;
518 }
519
520 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
521                               unsigned long goal)
522 {
523         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
524
525         if (mem)
526                 return mem;
527         /*
528          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
529          */
530         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
531         panic("Out of memory");
532         return NULL;
533 }
534
535
536 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
537                                    unsigned long align, unsigned long goal)
538 {
539         void *ptr;
540
541         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
542         if (ptr)
543                 return ptr;
544
545         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
546 }
547
548 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
549 void * __init alloc_bootmem_section(unsigned long size,
550                                     unsigned long section_nr)
551 {
552         void *ptr;
553         unsigned long limit, goal, start_nr, end_nr, pfn;
554         struct pglist_data *pgdat;
555
556         pfn = section_nr_to_pfn(section_nr);
557         goal = PFN_PHYS(pfn);
558         limit = PFN_PHYS(section_nr_to_pfn(section_nr + 1)) - 1;
559         pgdat = NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn));
560         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, SMP_CACHE_BYTES, goal,
561                                    limit);
562
563         if (!ptr)
564                 return NULL;
565
566         start_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr)));
567         end_nr = pfn_to_section_nr(PFN_DOWN(__pa(ptr) + size));
568         if (start_nr != section_nr || end_nr != section_nr) {
569                 printk(KERN_WARNING "alloc_bootmem failed on section %ld.\n",
570                        section_nr);
571                 free_bootmem_core(pgdat->bdata, __pa(ptr), size);
572                 ptr = NULL;
573         }
574
575         return ptr;
576 }
577 #endif
578
579 #ifndef ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT
580 #define ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT  0xffffffffUL
581 #endif
582
583 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
584                                   unsigned long goal)
585 {
586         bootmem_data_t *bdata;
587         void *ptr;
588
589         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
590                 ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
591                                                 ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
592                 if (ptr)
593                         return ptr;
594         }
595
596         /*
597          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
598          */
599         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
600         panic("Out of low memory");
601         return NULL;
602 }
603
604 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
605                                        unsigned long align, unsigned long goal)
606 {
607         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal,
608                                     ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
609 }