mm: make defensive checks around PFN values registered for memory usage
[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 "internal.h"
12 #include <asm/dma.h>
13 #include <asm/pgalloc.h>
14 #include <asm/pgtable.h>
15 #include "internal.h"
16
17 /*
18  * Permanent SPARSEMEM data:
19  *
20  * 1) mem_section       - memory sections, mem_map's for valid memory
21  */
22 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
23 struct mem_section *mem_section[NR_SECTION_ROOTS]
24         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
25 #else
26 struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT]
27         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
28 #endif
29 EXPORT_SYMBOL(mem_section);
30
31 #ifdef NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS
32 /*
33  * If we did not store the node number in the page then we have to
34  * do a lookup in the section_to_node_table in order to find which
35  * node the page belongs to.
36  */
37 #if MAX_NUMNODES <= 256
38 static u8 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
39 #else
40 static u16 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
41 #endif
42
43 int page_to_nid(struct page *page)
44 {
45         return section_to_node_table[page_to_section(page)];
46 }
47 EXPORT_SYMBOL(page_to_nid);
48
49 static void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
50 {
51         section_to_node_table[section_nr] = nid;
52 }
53 #else /* !NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS */
54 static inline void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
55 {
56 }
57 #endif
58
59 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
60 static struct mem_section noinline __init_refok *sparse_index_alloc(int nid)
61 {
62         struct mem_section *section = NULL;
63         unsigned long array_size = SECTIONS_PER_ROOT *
64                                    sizeof(struct mem_section);
65
66         if (slab_is_available())
67                 section = kmalloc_node(array_size, GFP_KERNEL, nid);
68         else
69                 section = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), array_size);
70
71         if (section)
72                 memset(section, 0, array_size);
73
74         return section;
75 }
76
77 static int __meminit sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
78 {
79         static DEFINE_SPINLOCK(index_init_lock);
80         unsigned long root = SECTION_NR_TO_ROOT(section_nr);
81         struct mem_section *section;
82         int ret = 0;
83
84         if (mem_section[root])
85                 return -EEXIST;
86
87         section = sparse_index_alloc(nid);
88         if (!section)
89                 return -ENOMEM;
90         /*
91          * This lock keeps two different sections from
92          * reallocating for the same index
93          */
94         spin_lock(&index_init_lock);
95
96         if (mem_section[root]) {
97                 ret = -EEXIST;
98                 goto out;
99         }
100
101         mem_section[root] = section;
102 out:
103         spin_unlock(&index_init_lock);
104         return ret;
105 }
106 #else /* !SPARSEMEM_EXTREME */
107 static inline int sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
108 {
109         return 0;
110 }
111 #endif
112
113 /*
114  * Although written for the SPARSEMEM_EXTREME case, this happens
115  * to also work for the flat array case because
116  * NR_SECTION_ROOTS==NR_MEM_SECTIONS.
117  */
118 int __section_nr(struct mem_section* ms)
119 {
120         unsigned long root_nr;
121         struct mem_section* root;
122
123         for (root_nr = 0; root_nr < NR_SECTION_ROOTS; root_nr++) {
124                 root = __nr_to_section(root_nr * SECTIONS_PER_ROOT);
125                 if (!root)
126                         continue;
127
128                 if ((ms >= root) && (ms < (root + SECTIONS_PER_ROOT)))
129                      break;
130         }
131
132         return (root_nr * SECTIONS_PER_ROOT) + (ms - root);
133 }
134
135 /*
136  * During early boot, before section_mem_map is used for an actual
137  * mem_map, we use section_mem_map to store the section's NUMA
138  * node.  This keeps us from having to use another data structure.  The
139  * node information is cleared just before we store the real mem_map.
140  */
141 static inline unsigned long sparse_encode_early_nid(int nid)
142 {
143         return (nid << SECTION_NID_SHIFT);
144 }
145
146 static inline int sparse_early_nid(struct mem_section *section)
147 {
148         return (section->section_mem_map >> SECTION_NID_SHIFT);
149 }
150
151 /* Validate the physical addressing limitations of the model */
152 void __meminit mminit_validate_memmodel_limits(unsigned long *start_pfn,
153                                                 unsigned long *end_pfn)
154 {
155         unsigned long max_sparsemem_pfn = 1UL << (MAX_PHYSMEM_BITS-PAGE_SHIFT);
156
157         /*
158          * Sanity checks - do not allow an architecture to pass
159          * in larger pfns than the maximum scope of sparsemem:
160          */
161         if (*start_pfn > max_sparsemem_pfn) {
162                 mminit_dprintk(MMINIT_WARNING, "pfnvalidation",
163                         "Start of range %lu -> %lu exceeds SPARSEMEM max %lu\n",
164                         *start_pfn, *end_pfn, max_sparsemem_pfn);
165                 WARN_ON_ONCE(1);
166                 *start_pfn = max_sparsemem_pfn;
167                 *end_pfn = max_sparsemem_pfn;
168         }
169
170         if (*end_pfn > max_sparsemem_pfn) {
171                 mminit_dprintk(MMINIT_WARNING, "pfnvalidation",
172                         "End of range %lu -> %lu exceeds SPARSEMEM max %lu\n",
173                         *start_pfn, *end_pfn, max_sparsemem_pfn);
174                 WARN_ON_ONCE(1);
175                 *end_pfn = max_sparsemem_pfn;
176         }
177 }
178
179 /* Record a memory area against a node. */
180 void __init memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end)
181 {
182         unsigned long pfn;
183
184         start &= PAGE_SECTION_MASK;
185         mminit_validate_memmodel_limits(&start, &end);
186         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION) {
187                 unsigned long section = pfn_to_section_nr(pfn);
188                 struct mem_section *ms;
189
190                 sparse_index_init(section, nid);
191                 set_section_nid(section, nid);
192
193                 ms = __nr_to_section(section);
194                 if (!ms->section_mem_map)
195                         ms->section_mem_map = sparse_encode_early_nid(nid) |
196                                                         SECTION_MARKED_PRESENT;
197         }
198 }
199
200 /*
201  * Only used by the i386 NUMA architecures, but relatively
202  * generic code.
203  */
204 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int nid, unsigned long start_pfn,
205                                                      unsigned long end_pfn)
206 {
207         unsigned long pfn;
208         unsigned long nr_pages = 0;
209
210         mminit_validate_memmodel_limits(&start_pfn, &end_pfn);
211         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += PAGES_PER_SECTION) {
212                 if (nid != early_pfn_to_nid(pfn))
213                         continue;
214
215                 if (pfn_present(pfn))
216                         nr_pages += PAGES_PER_SECTION;
217         }
218
219         return nr_pages * sizeof(struct page);
220 }
221
222 /*
223  * Subtle, we encode the real pfn into the mem_map such that
224  * the identity pfn - section_mem_map will return the actual
225  * physical page frame number.
226  */
227 static unsigned long sparse_encode_mem_map(struct page *mem_map, unsigned long pnum)
228 {
229         return (unsigned long)(mem_map - (section_nr_to_pfn(pnum)));
230 }
231
232 /*
233  * Decode mem_map from the coded memmap
234  */
235 struct page *sparse_decode_mem_map(unsigned long coded_mem_map, unsigned long pnum)
236 {
237         /* mask off the extra low bits of information */
238         coded_mem_map &= SECTION_MAP_MASK;
239         return ((struct page *)coded_mem_map) + section_nr_to_pfn(pnum);
240 }
241
242 static int __meminit sparse_init_one_section(struct mem_section *ms,
243                 unsigned long pnum, struct page *mem_map,
244                 unsigned long *pageblock_bitmap)
245 {
246         if (!present_section(ms))
247                 return -EINVAL;
248
249         ms->section_mem_map &= ~SECTION_MAP_MASK;
250         ms->section_mem_map |= sparse_encode_mem_map(mem_map, pnum) |
251                                                         SECTION_HAS_MEM_MAP;
252         ms->pageblock_flags = pageblock_bitmap;
253
254         return 1;
255 }
256
257 unsigned long usemap_size(void)
258 {
259         unsigned long size_bytes;
260         size_bytes = roundup(SECTION_BLOCKFLAGS_BITS, 8) / 8;
261         size_bytes = roundup(size_bytes, sizeof(unsigned long));
262         return size_bytes;
263 }
264
265 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
266 static unsigned long *__kmalloc_section_usemap(void)
267 {
268         return kmalloc(usemap_size(), GFP_KERNEL);
269 }
270 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
271
272 static unsigned long *__init sparse_early_usemap_alloc(unsigned long pnum)
273 {
274         unsigned long *usemap;
275         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
276         int nid = sparse_early_nid(ms);
277
278         usemap = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), usemap_size());
279         if (usemap)
280                 return usemap;
281
282         /* Stupid: suppress gcc warning for SPARSEMEM && !NUMA */
283         nid = 0;
284
285         printk(KERN_WARNING "%s: allocation failed\n", __func__);
286         return NULL;
287 }
288
289 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
290 struct page __init *sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid)
291 {
292         struct page *map;
293
294         map = alloc_remap(nid, sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION);
295         if (map)
296                 return map;
297
298         map = alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(nid),
299                        PAGE_ALIGN(sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION));
300         return map;
301 }
302 #endif /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
303
304 struct page __init *sparse_early_mem_map_alloc(unsigned long pnum)
305 {
306         struct page *map;
307         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
308         int nid = sparse_early_nid(ms);
309
310         map = sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
311         if (map)
312                 return map;
313
314         printk(KERN_ERR "%s: sparsemem memory map backing failed "
315                         "some memory will not be available.\n", __func__);
316         ms->section_mem_map = 0;
317         return NULL;
318 }
319
320 void __attribute__((weak)) __meminit vmemmap_populate_print_last(void)
321 {
322 }
323 /*
324  * Allocate the accumulated non-linear sections, allocate a mem_map
325  * for each and record the physical to section mapping.
326  */
327 void __init sparse_init(void)
328 {
329         unsigned long pnum;
330         struct page *map;
331         unsigned long *usemap;
332         unsigned long **usemap_map;
333         int size;
334
335         /*
336          * map is using big page (aka 2M in x86 64 bit)
337          * usemap is less one page (aka 24 bytes)
338          * so alloc 2M (with 2M align) and 24 bytes in turn will
339          * make next 2M slip to one more 2M later.
340          * then in big system, the memory will have a lot of holes...
341          * here try to allocate 2M pages continously.
342          *
343          * powerpc need to call sparse_init_one_section right after each
344          * sparse_early_mem_map_alloc, so allocate usemap_map at first.
345          */
346         size = sizeof(unsigned long *) * NR_MEM_SECTIONS;
347         usemap_map = alloc_bootmem(size);
348         if (!usemap_map)
349                 panic("can not allocate usemap_map\n");
350
351         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
352                 if (!present_section_nr(pnum))
353                         continue;
354                 usemap_map[pnum] = sparse_early_usemap_alloc(pnum);
355         }
356
357         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
358                 if (!present_section_nr(pnum))
359                         continue;
360
361                 usemap = usemap_map[pnum];
362                 if (!usemap)
363                         continue;
364
365                 map = sparse_early_mem_map_alloc(pnum);
366                 if (!map)
367                         continue;
368
369                 sparse_init_one_section(__nr_to_section(pnum), pnum, map,
370                                                                 usemap);
371         }
372
373         vmemmap_populate_print_last();
374
375         free_bootmem(__pa(usemap_map), size);
376 }
377
378 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
379 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
380 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
381                                                  unsigned long nr_pages)
382 {
383         /* This will make the necessary allocations eventually. */
384         return sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
385 }
386 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
387 {
388         return; /* XXX: Not implemented yet */
389 }
390 static void free_map_bootmem(struct page *page, unsigned long nr_pages)
391 {
392 }
393 #else
394 static struct page *__kmalloc_section_memmap(unsigned long nr_pages)
395 {
396         struct page *page, *ret;
397         unsigned long memmap_size = sizeof(struct page) * nr_pages;
398
399         page = alloc_pages(GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN, get_order(memmap_size));
400         if (page)
401                 goto got_map_page;
402
403         ret = vmalloc(memmap_size);
404         if (ret)
405                 goto got_map_ptr;
406
407         return NULL;
408 got_map_page:
409         ret = (struct page *)pfn_to_kaddr(page_to_pfn(page));
410 got_map_ptr:
411         memset(ret, 0, memmap_size);
412
413         return ret;
414 }
415
416 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
417                                                   unsigned long nr_pages)
418 {
419         return __kmalloc_section_memmap(nr_pages);
420 }
421
422 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
423 {
424         if (is_vmalloc_addr(memmap))
425                 vfree(memmap);
426         else
427                 free_pages((unsigned long)memmap,
428                            get_order(sizeof(struct page) * nr_pages));
429 }
430
431 static void free_map_bootmem(struct page *page, unsigned long nr_pages)
432 {
433         unsigned long maps_section_nr, removing_section_nr, i;
434         int magic;
435
436         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++) {
437                 magic = atomic_read(&page->_mapcount);
438
439                 BUG_ON(magic == NODE_INFO);
440
441                 maps_section_nr = pfn_to_section_nr(page_to_pfn(page));
442                 removing_section_nr = page->private;
443
444                 /*
445                  * When this function is called, the removing section is
446                  * logical offlined state. This means all pages are isolated
447                  * from page allocator. If removing section's memmap is placed
448                  * on the same section, it must not be freed.
449                  * If it is freed, page allocator may allocate it which will
450                  * be removed physically soon.
451                  */
452                 if (maps_section_nr != removing_section_nr)
453                         put_page_bootmem(page);
454         }
455 }
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
457
458 static void free_section_usemap(struct page *memmap, unsigned long *usemap)
459 {
460         struct page *usemap_page;
461         unsigned long nr_pages;
462
463         if (!usemap)
464                 return;
465
466         usemap_page = virt_to_page(usemap);
467         /*
468          * Check to see if allocation came from hot-plug-add
469          */
470         if (PageSlab(usemap_page)) {
471                 kfree(usemap);
472                 if (memmap)
473                         __kfree_section_memmap(memmap, PAGES_PER_SECTION);
474                 return;
475         }
476
477         /*
478          * The usemap came from bootmem. This is packed with other usemaps
479          * on the section which has pgdat at boot time. Just keep it as is now.
480          */
481
482         if (memmap) {
483                 struct page *memmap_page;
484                 memmap_page = virt_to_page(memmap);
485
486                 nr_pages = PAGE_ALIGN(PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page))
487                         >> PAGE_SHIFT;
488
489                 free_map_bootmem(memmap_page, nr_pages);
490         }
491 }
492
493 /*
494  * returns the number of sections whose mem_maps were properly
495  * set.  If this is <=0, then that means that the passed-in
496  * map was not consumed and must be freed.
497  */
498 int sparse_add_one_section(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
499                            int nr_pages)
500 {
501         unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(start_pfn);
502         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
503         struct mem_section *ms;
504         struct page *memmap;
505         unsigned long *usemap;
506         unsigned long flags;
507         int ret;
508
509         /*
510          * no locking for this, because it does its own
511          * plus, it does a kmalloc
512          */
513         ret = sparse_index_init(section_nr, pgdat->node_id);
514         if (ret < 0 && ret != -EEXIST)
515                 return ret;
516         memmap = kmalloc_section_memmap(section_nr, pgdat->node_id, nr_pages);
517         if (!memmap)
518                 return -ENOMEM;
519         usemap = __kmalloc_section_usemap();
520         if (!usemap) {
521                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
522                 return -ENOMEM;
523         }
524
525         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
526
527         ms = __pfn_to_section(start_pfn);
528         if (ms->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT) {
529                 ret = -EEXIST;
530                 goto out;
531         }
532
533         ms->section_mem_map |= SECTION_MARKED_PRESENT;
534
535         ret = sparse_init_one_section(ms, section_nr, memmap, usemap);
536
537 out:
538         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
539         if (ret <= 0) {
540                 kfree(usemap);
541                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
542         }
543         return ret;
544 }
545
546 void sparse_remove_one_section(struct zone *zone, struct mem_section *ms)
547 {
548         struct page *memmap = NULL;
549         unsigned long *usemap = NULL;
550
551         if (ms->section_mem_map) {
552                 usemap = ms->pageblock_flags;
553                 memmap = sparse_decode_mem_map(ms->section_mem_map,
554                                                 __section_nr(ms));
555                 ms->section_mem_map = 0;
556                 ms->pageblock_flags = NULL;
557         }
558
559         free_section_usemap(memmap, usemap);
560 }
561 #endif