186a85bf7912b559cda312ec636e4bb962233785
[linux-2.6.git] / mm / sparse.c
1 /*
2  * sparse memory mappings.
3  */
4 #include <linux/mm.h>
5 #include <linux/mmzone.h>
6 #include <linux/bootmem.h>
7 #include <linux/highmem.h>
8 #include <linux/module.h>
9 #include <linux/spinlock.h>
10 #include <linux/vmalloc.h>
11 #include <asm/dma.h>
12 #include <asm/pgalloc.h>
13 #include <asm/pgtable.h>
14
15 /*
16  * Permanent SPARSEMEM data:
17  *
18  * 1) mem_section       - memory sections, mem_map's for valid memory
19  */
20 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
21 struct mem_section *mem_section[NR_SECTION_ROOTS]
22         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
23 #else
24 struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT]
25         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
26 #endif
27 EXPORT_SYMBOL(mem_section);
28
29 #ifdef NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS
30 /*
31  * If we did not store the node number in the page then we have to
32  * do a lookup in the section_to_node_table in order to find which
33  * node the page belongs to.
34  */
35 #if MAX_NUMNODES <= 256
36 static u8 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
37 #else
38 static u16 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
39 #endif
40
41 int page_to_nid(struct page *page)
42 {
43         return section_to_node_table[page_to_section(page)];
44 }
45 EXPORT_SYMBOL(page_to_nid);
46
47 static void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
48 {
49         section_to_node_table[section_nr] = nid;
50 }
51 #else /* !NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS */
52 static inline void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
53 {
54 }
55 #endif
56
57 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
58 static struct mem_section noinline __init_refok *sparse_index_alloc(int nid)
59 {
60         struct mem_section *section = NULL;
61         unsigned long array_size = SECTIONS_PER_ROOT *
62                                    sizeof(struct mem_section);
63
64         if (slab_is_available())
65                 section = kmalloc_node(array_size, GFP_KERNEL, nid);
66         else
67                 section = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), array_size);
68
69         if (section)
70                 memset(section, 0, array_size);
71
72         return section;
73 }
74
75 static int __meminit sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
76 {
77         static DEFINE_SPINLOCK(index_init_lock);
78         unsigned long root = SECTION_NR_TO_ROOT(section_nr);
79         struct mem_section *section;
80         int ret = 0;
81
82         if (mem_section[root])
83                 return -EEXIST;
84
85         section = sparse_index_alloc(nid);
86         if (!section)
87                 return -ENOMEM;
88         /*
89          * This lock keeps two different sections from
90          * reallocating for the same index
91          */
92         spin_lock(&index_init_lock);
93
94         if (mem_section[root]) {
95                 ret = -EEXIST;
96                 goto out;
97         }
98
99         mem_section[root] = section;
100 out:
101         spin_unlock(&index_init_lock);
102         return ret;
103 }
104 #else /* !SPARSEMEM_EXTREME */
105 static inline int sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
106 {
107         return 0;
108 }
109 #endif
110
111 /*
112  * Although written for the SPARSEMEM_EXTREME case, this happens
113  * to also work for the flat array case because
114  * NR_SECTION_ROOTS==NR_MEM_SECTIONS.
115  */
116 int __section_nr(struct mem_section* ms)
117 {
118         unsigned long root_nr;
119         struct mem_section* root;
120
121         for (root_nr = 0; root_nr < NR_SECTION_ROOTS; root_nr++) {
122                 root = __nr_to_section(root_nr * SECTIONS_PER_ROOT);
123                 if (!root)
124                         continue;
125
126                 if ((ms >= root) && (ms < (root + SECTIONS_PER_ROOT)))
127                      break;
128         }
129
130         return (root_nr * SECTIONS_PER_ROOT) + (ms - root);
131 }
132
133 /*
134  * During early boot, before section_mem_map is used for an actual
135  * mem_map, we use section_mem_map to store the section's NUMA
136  * node.  This keeps us from having to use another data structure.  The
137  * node information is cleared just before we store the real mem_map.
138  */
139 static inline unsigned long sparse_encode_early_nid(int nid)
140 {
141         return (nid << SECTION_NID_SHIFT);
142 }
143
144 static inline int sparse_early_nid(struct mem_section *section)
145 {
146         return (section->section_mem_map >> SECTION_NID_SHIFT);
147 }
148
149 /* Record a memory area against a node. */
150 void __init memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end)
151 {
152         unsigned long max_arch_pfn = 1UL << (MAX_PHYSMEM_BITS-PAGE_SHIFT);
153         unsigned long pfn;
154
155         /*
156          * Sanity checks - do not allow an architecture to pass
157          * in larger pfns than the maximum scope of sparsemem:
158          */
159         if (start >= max_arch_pfn)
160                 return;
161         if (end >= max_arch_pfn)
162                 end = max_arch_pfn;
163
164         start &= PAGE_SECTION_MASK;
165         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION) {
166                 unsigned long section = pfn_to_section_nr(pfn);
167                 struct mem_section *ms;
168
169                 sparse_index_init(section, nid);
170                 set_section_nid(section, nid);
171
172                 ms = __nr_to_section(section);
173                 if (!ms->section_mem_map)
174                         ms->section_mem_map = sparse_encode_early_nid(nid) |
175                                                         SECTION_MARKED_PRESENT;
176         }
177 }
178
179 /*
180  * Only used by the i386 NUMA architecures, but relatively
181  * generic code.
182  */
183 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int nid, unsigned long start_pfn,
184                                                      unsigned long end_pfn)
185 {
186         unsigned long pfn;
187         unsigned long nr_pages = 0;
188
189         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += PAGES_PER_SECTION) {
190                 if (nid != early_pfn_to_nid(pfn))
191                         continue;
192
193                 if (pfn_present(pfn))
194                         nr_pages += PAGES_PER_SECTION;
195         }
196
197         return nr_pages * sizeof(struct page);
198 }
199
200 /*
201  * Subtle, we encode the real pfn into the mem_map such that
202  * the identity pfn - section_mem_map will return the actual
203  * physical page frame number.
204  */
205 static unsigned long sparse_encode_mem_map(struct page *mem_map, unsigned long pnum)
206 {
207         return (unsigned long)(mem_map - (section_nr_to_pfn(pnum)));
208 }
209
210 /*
211  * Decode mem_map from the coded memmap
212  */
213 static
214 struct page *sparse_decode_mem_map(unsigned long coded_mem_map, unsigned long pnum)
215 {
216         /* mask off the extra low bits of information */
217         coded_mem_map &= SECTION_MAP_MASK;
218         return ((struct page *)coded_mem_map) + section_nr_to_pfn(pnum);
219 }
220
221 static int __meminit sparse_init_one_section(struct mem_section *ms,
222                 unsigned long pnum, struct page *mem_map,
223                 unsigned long *pageblock_bitmap)
224 {
225         if (!present_section(ms))
226                 return -EINVAL;
227
228         ms->section_mem_map &= ~SECTION_MAP_MASK;
229         ms->section_mem_map |= sparse_encode_mem_map(mem_map, pnum) |
230                                                         SECTION_HAS_MEM_MAP;
231         ms->pageblock_flags = pageblock_bitmap;
232
233         return 1;
234 }
235
236 static unsigned long usemap_size(void)
237 {
238         unsigned long size_bytes;
239         size_bytes = roundup(SECTION_BLOCKFLAGS_BITS, 8) / 8;
240         size_bytes = roundup(size_bytes, sizeof(unsigned long));
241         return size_bytes;
242 }
243
244 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
245 static unsigned long *__kmalloc_section_usemap(void)
246 {
247         return kmalloc(usemap_size(), GFP_KERNEL);
248 }
249 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
250
251 static unsigned long *__init sparse_early_usemap_alloc(unsigned long pnum)
252 {
253         unsigned long *usemap;
254         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
255         int nid = sparse_early_nid(ms);
256
257         usemap = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), usemap_size());
258         if (usemap)
259                 return usemap;
260
261         /* Stupid: suppress gcc warning for SPARSEMEM && !NUMA */
262         nid = 0;
263
264         printk(KERN_WARNING "%s: allocation failed\n", __FUNCTION__);
265         return NULL;
266 }
267
268 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
269 struct page __init *sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid)
270 {
271         struct page *map;
272
273         map = alloc_remap(nid, sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION);
274         if (map)
275                 return map;
276
277         map = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid),
278                         sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION);
279         return map;
280 }
281 #endif /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
282
283 struct page __init *sparse_early_mem_map_alloc(unsigned long pnum)
284 {
285         struct page *map;
286         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
287         int nid = sparse_early_nid(ms);
288
289         map = sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
290         if (map)
291                 return map;
292
293         printk(KERN_ERR "%s: sparsemem memory map backing failed "
294                         "some memory will not be available.\n", __FUNCTION__);
295         ms->section_mem_map = 0;
296         return NULL;
297 }
298
299 void __attribute__((weak)) __meminit vmemmap_populate_print_last(void)
300 {
301 }
302 /*
303  * Allocate the accumulated non-linear sections, allocate a mem_map
304  * for each and record the physical to section mapping.
305  */
306 void __init sparse_init(void)
307 {
308         unsigned long pnum;
309         struct page *map;
310         unsigned long *usemap;
311         unsigned long **usemap_map;
312         int size;
313
314         /*
315          * map is using big page (aka 2M in x86 64 bit)
316          * usemap is less one page (aka 24 bytes)
317          * so alloc 2M (with 2M align) and 24 bytes in turn will
318          * make next 2M slip to one more 2M later.
319          * then in big system, the memory will have a lot of holes...
320          * here try to allocate 2M pages continously.
321          *
322          * powerpc need to call sparse_init_one_section right after each
323          * sparse_early_mem_map_alloc, so allocate usemap_map at first.
324          */
325         size = sizeof(unsigned long *) * NR_MEM_SECTIONS;
326         usemap_map = alloc_bootmem(size);
327         if (!usemap_map)
328                 panic("can not allocate usemap_map\n");
329
330         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
331                 if (!present_section_nr(pnum))
332                         continue;
333                 usemap_map[pnum] = sparse_early_usemap_alloc(pnum);
334         }
335
336         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
337                 if (!present_section_nr(pnum))
338                         continue;
339
340                 usemap = usemap_map[pnum];
341                 if (!usemap)
342                         continue;
343
344                 map = sparse_early_mem_map_alloc(pnum);
345                 if (!map)
346                         continue;
347
348                 sparse_init_one_section(__nr_to_section(pnum), pnum, map,
349                                                                 usemap);
350         }
351
352         vmemmap_populate_print_last();
353
354         free_bootmem(__pa(usemap_map), size);
355 }
356
357 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
359 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
360                                                  unsigned long nr_pages)
361 {
362         /* This will make the necessary allocations eventually. */
363         return sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
364 }
365 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
366 {
367         return; /* XXX: Not implemented yet */
368 }
369 #else
370 static struct page *__kmalloc_section_memmap(unsigned long nr_pages)
371 {
372         struct page *page, *ret;
373         unsigned long memmap_size = sizeof(struct page) * nr_pages;
374
375         page = alloc_pages(GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN, get_order(memmap_size));
376         if (page)
377                 goto got_map_page;
378
379         ret = vmalloc(memmap_size);
380         if (ret)
381                 goto got_map_ptr;
382
383         return NULL;
384 got_map_page:
385         ret = (struct page *)pfn_to_kaddr(page_to_pfn(page));
386 got_map_ptr:
387         memset(ret, 0, memmap_size);
388
389         return ret;
390 }
391
392 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
393                                                   unsigned long nr_pages)
394 {
395         return __kmalloc_section_memmap(nr_pages);
396 }
397
398 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
399 {
400         if (is_vmalloc_addr(memmap))
401                 vfree(memmap);
402         else
403                 free_pages((unsigned long)memmap,
404                            get_order(sizeof(struct page) * nr_pages));
405 }
406 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
407
408 static void free_section_usemap(struct page *memmap, unsigned long *usemap)
409 {
410         if (!usemap)
411                 return;
412
413         /*
414          * Check to see if allocation came from hot-plug-add
415          */
416         if (PageSlab(virt_to_page(usemap))) {
417                 kfree(usemap);
418                 if (memmap)
419                         __kfree_section_memmap(memmap, PAGES_PER_SECTION);
420                 return;
421         }
422
423         /*
424          * TODO: Allocations came from bootmem - how do I free up ?
425          */
426         printk(KERN_WARNING "Not freeing up allocations from bootmem "
427                         "- leaking memory\n");
428 }
429
430 /*
431  * returns the number of sections whose mem_maps were properly
432  * set.  If this is <=0, then that means that the passed-in
433  * map was not consumed and must be freed.
434  */
435 int sparse_add_one_section(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
436                            int nr_pages)
437 {
438         unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(start_pfn);
439         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
440         struct mem_section *ms;
441         struct page *memmap;
442         unsigned long *usemap;
443         unsigned long flags;
444         int ret;
445
446         /*
447          * no locking for this, because it does its own
448          * plus, it does a kmalloc
449          */
450         ret = sparse_index_init(section_nr, pgdat->node_id);
451         if (ret < 0 && ret != -EEXIST)
452                 return ret;
453         memmap = kmalloc_section_memmap(section_nr, pgdat->node_id, nr_pages);
454         if (!memmap)
455                 return -ENOMEM;
456         usemap = __kmalloc_section_usemap();
457         if (!usemap) {
458                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
459                 return -ENOMEM;
460         }
461
462         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
463
464         ms = __pfn_to_section(start_pfn);
465         if (ms->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT) {
466                 ret = -EEXIST;
467                 goto out;
468         }
469
470         ms->section_mem_map |= SECTION_MARKED_PRESENT;
471
472         ret = sparse_init_one_section(ms, section_nr, memmap, usemap);
473
474 out:
475         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
476         if (ret <= 0) {
477                 kfree(usemap);
478                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
479         }
480         return ret;
481 }
482
483 void sparse_remove_one_section(struct zone *zone, struct mem_section *ms)
484 {
485         struct page *memmap = NULL;
486         unsigned long *usemap = NULL;
487
488         if (ms->section_mem_map) {
489                 usemap = ms->pageblock_flags;
490                 memmap = sparse_decode_mem_map(ms->section_mem_map,
491                                                 __section_nr(ms));
492                 ms->section_mem_map = 0;
493                 ms->pageblock_flags = NULL;
494         }
495
496         free_section_usemap(memmap, usemap);
497 }
498 #endif