memory hotplug: alloc page from other node in memory online
[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
16 /*
17  * Permanent SPARSEMEM data:
18  *
19  * 1) mem_section       - memory sections, mem_map's for valid memory
20  */
21 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
22 struct mem_section *mem_section[NR_SECTION_ROOTS]
23         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
24 #else
25 struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT]
26         ____cacheline_internodealigned_in_smp;
27 #endif
28 EXPORT_SYMBOL(mem_section);
29
30 #ifdef NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS
31 /*
32  * If we did not store the node number in the page then we have to
33  * do a lookup in the section_to_node_table in order to find which
34  * node the page belongs to.
35  */
36 #if MAX_NUMNODES <= 256
37 static u8 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
38 #else
39 static u16 section_to_node_table[NR_MEM_SECTIONS] __cacheline_aligned;
40 #endif
41
42 int page_to_nid(struct page *page)
43 {
44         return section_to_node_table[page_to_section(page)];
45 }
46 EXPORT_SYMBOL(page_to_nid);
47
48 static void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
49 {
50         section_to_node_table[section_nr] = nid;
51 }
52 #else /* !NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS */
53 static inline void set_section_nid(unsigned long section_nr, int nid)
54 {
55 }
56 #endif
57
58 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
59 static struct mem_section noinline __init_refok *sparse_index_alloc(int nid)
60 {
61         struct mem_section *section = NULL;
62         unsigned long array_size = SECTIONS_PER_ROOT *
63                                    sizeof(struct mem_section);
64
65         if (slab_is_available()) {
66                 if (node_state(nid, N_HIGH_MEMORY))
67                         section = kmalloc_node(array_size, GFP_KERNEL, nid);
68                 else
69                         section = kmalloc(array_size, GFP_KERNEL);
70         } else
71                 section = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), array_size);
72
73         if (section)
74                 memset(section, 0, array_size);
75
76         return section;
77 }
78
79 static int __meminit sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
80 {
81         static DEFINE_SPINLOCK(index_init_lock);
82         unsigned long root = SECTION_NR_TO_ROOT(section_nr);
83         struct mem_section *section;
84         int ret = 0;
85
86         if (mem_section[root])
87                 return -EEXIST;
88
89         section = sparse_index_alloc(nid);
90         if (!section)
91                 return -ENOMEM;
92         /*
93          * This lock keeps two different sections from
94          * reallocating for the same index
95          */
96         spin_lock(&index_init_lock);
97
98         if (mem_section[root]) {
99                 ret = -EEXIST;
100                 goto out;
101         }
102
103         mem_section[root] = section;
104 out:
105         spin_unlock(&index_init_lock);
106         return ret;
107 }
108 #else /* !SPARSEMEM_EXTREME */
109 static inline int sparse_index_init(unsigned long section_nr, int nid)
110 {
111         return 0;
112 }
113 #endif
114
115 /*
116  * Although written for the SPARSEMEM_EXTREME case, this happens
117  * to also work for the flat array case because
118  * NR_SECTION_ROOTS==NR_MEM_SECTIONS.
119  */
120 int __section_nr(struct mem_section* ms)
121 {
122         unsigned long root_nr;
123         struct mem_section* root;
124
125         for (root_nr = 0; root_nr < NR_SECTION_ROOTS; root_nr++) {
126                 root = __nr_to_section(root_nr * SECTIONS_PER_ROOT);
127                 if (!root)
128                         continue;
129
130                 if ((ms >= root) && (ms < (root + SECTIONS_PER_ROOT)))
131                      break;
132         }
133
134         return (root_nr * SECTIONS_PER_ROOT) + (ms - root);
135 }
136
137 /*
138  * During early boot, before section_mem_map is used for an actual
139  * mem_map, we use section_mem_map to store the section's NUMA
140  * node.  This keeps us from having to use another data structure.  The
141  * node information is cleared just before we store the real mem_map.
142  */
143 static inline unsigned long sparse_encode_early_nid(int nid)
144 {
145         return (nid << SECTION_NID_SHIFT);
146 }
147
148 static inline int sparse_early_nid(struct mem_section *section)
149 {
150         return (section->section_mem_map >> SECTION_NID_SHIFT);
151 }
152
153 /* Validate the physical addressing limitations of the model */
154 void __meminit mminit_validate_memmodel_limits(unsigned long *start_pfn,
155                                                 unsigned long *end_pfn)
156 {
157         unsigned long max_sparsemem_pfn = 1UL << (MAX_PHYSMEM_BITS-PAGE_SHIFT);
158
159         /*
160          * Sanity checks - do not allow an architecture to pass
161          * in larger pfns than the maximum scope of sparsemem:
162          */
163         if (*start_pfn > max_sparsemem_pfn) {
164                 mminit_dprintk(MMINIT_WARNING, "pfnvalidation",
165                         "Start of range %lu -> %lu exceeds SPARSEMEM max %lu\n",
166                         *start_pfn, *end_pfn, max_sparsemem_pfn);
167                 WARN_ON_ONCE(1);
168                 *start_pfn = max_sparsemem_pfn;
169                 *end_pfn = max_sparsemem_pfn;
170         } else 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 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
273 static unsigned long * __init
274 sparse_early_usemap_alloc_pgdat_section(struct pglist_data *pgdat)
275 {
276         unsigned long section_nr;
277
278         /*
279          * A page may contain usemaps for other sections preventing the
280          * page being freed and making a section unremovable while
281          * other sections referencing the usemap retmain active. Similarly,
282          * a pgdat can prevent a section being removed. If section A
283          * contains a pgdat and section B contains the usemap, both
284          * sections become inter-dependent. This allocates usemaps
285          * from the same section as the pgdat where possible to avoid
286          * this problem.
287          */
288         section_nr = pfn_to_section_nr(__pa(pgdat) >> PAGE_SHIFT);
289         return alloc_bootmem_section(usemap_size(), section_nr);
290 }
291
292 static void __init check_usemap_section_nr(int nid, unsigned long *usemap)
293 {
294         unsigned long usemap_snr, pgdat_snr;
295         static unsigned long old_usemap_snr = NR_MEM_SECTIONS;
296         static unsigned long old_pgdat_snr = NR_MEM_SECTIONS;
297         struct pglist_data *pgdat = NODE_DATA(nid);
298         int usemap_nid;
299
300         usemap_snr = pfn_to_section_nr(__pa(usemap) >> PAGE_SHIFT);
301         pgdat_snr = pfn_to_section_nr(__pa(pgdat) >> PAGE_SHIFT);
302         if (usemap_snr == pgdat_snr)
303                 return;
304
305         if (old_usemap_snr == usemap_snr && old_pgdat_snr == pgdat_snr)
306                 /* skip redundant message */
307                 return;
308
309         old_usemap_snr = usemap_snr;
310         old_pgdat_snr = pgdat_snr;
311
312         usemap_nid = sparse_early_nid(__nr_to_section(usemap_snr));
313         if (usemap_nid != nid) {
314                 printk(KERN_INFO
315                        "node %d must be removed before remove section %ld\n",
316                        nid, usemap_snr);
317                 return;
318         }
319         /*
320          * There is a circular dependency.
321          * Some platforms allow un-removable section because they will just
322          * gather other removable sections for dynamic partitioning.
323          * Just notify un-removable section's number here.
324          */
325         printk(KERN_INFO "Section %ld and %ld (node %d)", usemap_snr,
326                pgdat_snr, nid);
327         printk(KERN_CONT
328                " have a circular dependency on usemap and pgdat allocations\n");
329 }
330 #else
331 static unsigned long * __init
332 sparse_early_usemap_alloc_pgdat_section(struct pglist_data *pgdat)
333 {
334         return NULL;
335 }
336
337 static void __init check_usemap_section_nr(int nid, unsigned long *usemap)
338 {
339 }
340 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE */
341
342 static unsigned long *__init sparse_early_usemap_alloc(unsigned long pnum)
343 {
344         unsigned long *usemap;
345         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
346         int nid = sparse_early_nid(ms);
347
348         usemap = sparse_early_usemap_alloc_pgdat_section(NODE_DATA(nid));
349         if (usemap)
350                 return usemap;
351
352         usemap = alloc_bootmem_node(NODE_DATA(nid), usemap_size());
353         if (usemap) {
354                 check_usemap_section_nr(nid, usemap);
355                 return usemap;
356         }
357
358         /* Stupid: suppress gcc warning for SPARSEMEM && !NUMA */
359         nid = 0;
360
361         printk(KERN_WARNING "%s: allocation failed\n", __func__);
362         return NULL;
363 }
364
365 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
366 struct page __init *sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid)
367 {
368         struct page *map;
369
370         map = alloc_remap(nid, sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION);
371         if (map)
372                 return map;
373
374         map = alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(nid),
375                        PAGE_ALIGN(sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION));
376         return map;
377 }
378 #endif /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
379
380 static struct page __init *sparse_early_mem_map_alloc(unsigned long pnum)
381 {
382         struct page *map;
383         struct mem_section *ms = __nr_to_section(pnum);
384         int nid = sparse_early_nid(ms);
385
386         map = sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
387         if (map)
388                 return map;
389
390         printk(KERN_ERR "%s: sparsemem memory map backing failed "
391                         "some memory will not be available.\n", __func__);
392         ms->section_mem_map = 0;
393         return NULL;
394 }
395
396 void __attribute__((weak)) __meminit vmemmap_populate_print_last(void)
397 {
398 }
399 /*
400  * Allocate the accumulated non-linear sections, allocate a mem_map
401  * for each and record the physical to section mapping.
402  */
403 void __init sparse_init(void)
404 {
405         unsigned long pnum;
406         struct page *map;
407         unsigned long *usemap;
408         unsigned long **usemap_map;
409         int size;
410
411         /*
412          * map is using big page (aka 2M in x86 64 bit)
413          * usemap is less one page (aka 24 bytes)
414          * so alloc 2M (with 2M align) and 24 bytes in turn will
415          * make next 2M slip to one more 2M later.
416          * then in big system, the memory will have a lot of holes...
417          * here try to allocate 2M pages continously.
418          *
419          * powerpc need to call sparse_init_one_section right after each
420          * sparse_early_mem_map_alloc, so allocate usemap_map at first.
421          */
422         size = sizeof(unsigned long *) * NR_MEM_SECTIONS;
423         usemap_map = alloc_bootmem(size);
424         if (!usemap_map)
425                 panic("can not allocate usemap_map\n");
426
427         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
428                 if (!present_section_nr(pnum))
429                         continue;
430                 usemap_map[pnum] = sparse_early_usemap_alloc(pnum);
431         }
432
433         for (pnum = 0; pnum < NR_MEM_SECTIONS; pnum++) {
434                 if (!present_section_nr(pnum))
435                         continue;
436
437                 usemap = usemap_map[pnum];
438                 if (!usemap)
439                         continue;
440
441                 map = sparse_early_mem_map_alloc(pnum);
442                 if (!map)
443                         continue;
444
445                 sparse_init_one_section(__nr_to_section(pnum), pnum, map,
446                                                                 usemap);
447         }
448
449         vmemmap_populate_print_last();
450
451         free_bootmem(__pa(usemap_map), size);
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
456 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
457                                                  unsigned long nr_pages)
458 {
459         /* This will make the necessary allocations eventually. */
460         return sparse_mem_map_populate(pnum, nid);
461 }
462 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
463 {
464         return; /* XXX: Not implemented yet */
465 }
466 static void free_map_bootmem(struct page *page, unsigned long nr_pages)
467 {
468 }
469 #else
470 static struct page *__kmalloc_section_memmap(unsigned long nr_pages)
471 {
472         struct page *page, *ret;
473         unsigned long memmap_size = sizeof(struct page) * nr_pages;
474
475         page = alloc_pages(GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN, get_order(memmap_size));
476         if (page)
477                 goto got_map_page;
478
479         ret = vmalloc(memmap_size);
480         if (ret)
481                 goto got_map_ptr;
482
483         return NULL;
484 got_map_page:
485         ret = (struct page *)pfn_to_kaddr(page_to_pfn(page));
486 got_map_ptr:
487         memset(ret, 0, memmap_size);
488
489         return ret;
490 }
491
492 static inline struct page *kmalloc_section_memmap(unsigned long pnum, int nid,
493                                                   unsigned long nr_pages)
494 {
495         return __kmalloc_section_memmap(nr_pages);
496 }
497
498 static void __kfree_section_memmap(struct page *memmap, unsigned long nr_pages)
499 {
500         if (is_vmalloc_addr(memmap))
501                 vfree(memmap);
502         else
503                 free_pages((unsigned long)memmap,
504                            get_order(sizeof(struct page) * nr_pages));
505 }
506
507 static void free_map_bootmem(struct page *page, unsigned long nr_pages)
508 {
509         unsigned long maps_section_nr, removing_section_nr, i;
510         int magic;
511
512         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++) {
513                 magic = atomic_read(&page->_mapcount);
514
515                 BUG_ON(magic == NODE_INFO);
516
517                 maps_section_nr = pfn_to_section_nr(page_to_pfn(page));
518                 removing_section_nr = page->private;
519
520                 /*
521                  * When this function is called, the removing section is
522                  * logical offlined state. This means all pages are isolated
523                  * from page allocator. If removing section's memmap is placed
524                  * on the same section, it must not be freed.
525                  * If it is freed, page allocator may allocate it which will
526                  * be removed physically soon.
527                  */
528                 if (maps_section_nr != removing_section_nr)
529                         put_page_bootmem(page);
530         }
531 }
532 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
533
534 static void free_section_usemap(struct page *memmap, unsigned long *usemap)
535 {
536         struct page *usemap_page;
537         unsigned long nr_pages;
538
539         if (!usemap)
540                 return;
541
542         usemap_page = virt_to_page(usemap);
543         /*
544          * Check to see if allocation came from hot-plug-add
545          */
546         if (PageSlab(usemap_page)) {
547                 kfree(usemap);
548                 if (memmap)
549                         __kfree_section_memmap(memmap, PAGES_PER_SECTION);
550                 return;
551         }
552
553         /*
554          * The usemap came from bootmem. This is packed with other usemaps
555          * on the section which has pgdat at boot time. Just keep it as is now.
556          */
557
558         if (memmap) {
559                 struct page *memmap_page;
560                 memmap_page = virt_to_page(memmap);
561
562                 nr_pages = PAGE_ALIGN(PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page))
563                         >> PAGE_SHIFT;
564
565                 free_map_bootmem(memmap_page, nr_pages);
566         }
567 }
568
569 /*
570  * returns the number of sections whose mem_maps were properly
571  * set.  If this is <=0, then that means that the passed-in
572  * map was not consumed and must be freed.
573  */
574 int __meminit sparse_add_one_section(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
575                            int nr_pages)
576 {
577         unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(start_pfn);
578         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
579         struct mem_section *ms;
580         struct page *memmap;
581         unsigned long *usemap;
582         unsigned long flags;
583         int ret;
584
585         /*
586          * no locking for this, because it does its own
587          * plus, it does a kmalloc
588          */
589         ret = sparse_index_init(section_nr, pgdat->node_id);
590         if (ret < 0 && ret != -EEXIST)
591                 return ret;
592         memmap = kmalloc_section_memmap(section_nr, pgdat->node_id, nr_pages);
593         if (!memmap)
594                 return -ENOMEM;
595         usemap = __kmalloc_section_usemap();
596         if (!usemap) {
597                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
598                 return -ENOMEM;
599         }
600
601         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
602
603         ms = __pfn_to_section(start_pfn);
604         if (ms->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT) {
605                 ret = -EEXIST;
606                 goto out;
607         }
608
609         ms->section_mem_map |= SECTION_MARKED_PRESENT;
610
611         ret = sparse_init_one_section(ms, section_nr, memmap, usemap);
612
613 out:
614         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
615         if (ret <= 0) {
616                 kfree(usemap);
617                 __kfree_section_memmap(memmap, nr_pages);
618         }
619         return ret;
620 }
621
622 void sparse_remove_one_section(struct zone *zone, struct mem_section *ms)
623 {
624         struct page *memmap = NULL;
625         unsigned long *usemap = NULL;
626
627         if (ms->section_mem_map) {
628                 usemap = ms->pageblock_flags;
629                 memmap = sparse_decode_mem_map(ms->section_mem_map,
630                                                 __section_nr(ms));
631                 ms->section_mem_map = 0;
632                 ms->pageblock_flags = NULL;
633         }
634
635         free_section_usemap(memmap, usemap);
636 }
637 #endif