mm/memblock.c

   1 /*
   2  * Procedures for maintaining information about logical memory blocks.
   3  *
   4  * Peter Bergner, IBM Corp.     June 2001.
   5  * Copyright (C) 2001 Peter Bergner.
   6  *
   7  *      This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  *      modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  *      as published by the Free Software Foundation; either version
  10  *      2 of the License, or (at your option) any later version.
  11  */
  12
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <linux/bitops.h>
  17 #include <linux/poison.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19
  20 struct memblock memblock;
  21
  22 static int memblock_debug, memblock_can_resize;
  23 static struct memblock_region memblock_memory_init_regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS + 1];
  24 static struct memblock_region memblock_reserved_init_regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS + 1];
  25
  26 #define MEMBLOCK_ERROR  (~(phys_addr_t)0)
  27
  28 /* inline so we don't get a warning when pr_debug is compiled out */
  29 static inline const char *memblock_type_name(struct memblock_type *type)
  30 {
  31         if (type == &memblock.memory)
  32                 return "memory";
  33         else if (type == &memblock.reserved)
  34                 return "reserved";
  35         else
  36                 return "unknown";
  37 }
  38
  39 /*
  40  * Address comparison utilities
  41  */
  42
  43 static phys_addr_t memblock_align_down(phys_addr_t addr, phys_addr_t size)
  44 {
  45         return addr & ~(size - 1);
  46 }
  47
  48 static phys_addr_t memblock_align_up(phys_addr_t addr, phys_addr_t size)
  49 {
  50         return (addr + (size - 1)) & ~(size - 1);
  51 }
  52
  53 static unsigned long memblock_addrs_overlap(phys_addr_t base1, phys_addr_t size1,
  54                                        phys_addr_t base2, phys_addr_t size2)
  55 {
  56         return ((base1 < (base2 + size2)) && (base2 < (base1 + size1)));
  57 }
  58
  59 static long memblock_addrs_adjacent(phys_addr_t base1, phys_addr_t size1,
  60                                phys_addr_t base2, phys_addr_t size2)
  61 {
  62         if (base2 == base1 + size1)
  63                 return 1;
  64         else if (base1 == base2 + size2)
  65                 return -1;
  66
  67         return 0;
  68 }
  69
  70 static long memblock_regions_adjacent(struct memblock_type *type,
  71                                  unsigned long r1, unsigned long r2)
  72 {
  73         phys_addr_t base1 = type->regions[r1].base;
  74         phys_addr_t size1 = type->regions[r1].size;
  75         phys_addr_t base2 = type->regions[r2].base;
  76         phys_addr_t size2 = type->regions[r2].size;
  77
  78         return memblock_addrs_adjacent(base1, size1, base2, size2);
  79 }
  80
  81 long memblock_overlaps_region(struct memblock_type *type, phys_addr_t base, phys_addr_t size)
  82 {
  83         unsigned long i;
  84
  85         for (i = 0; i < type->cnt; i++) {
  86                 phys_addr_t rgnbase = type->regions[i].base;
  87                 phys_addr_t rgnsize = type->regions[i].size;
  88                 if (memblock_addrs_overlap(base, size, rgnbase, rgnsize))
  89                         break;
  90         }
  91
  92         return (i < type->cnt) ? i : -1;
  93 }
  94
  95 /*
  96  * Find, allocate, deallocate or reserve unreserved regions. All allocations
  97  * are top-down.
  98  */
  99
 100 static phys_addr_t __init memblock_find_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end,
 101                                           phys_addr_t size, phys_addr_t align)
 102 {
 103         phys_addr_t base, res_base;
 104         long j;
 105
 106         base = memblock_align_down((end - size), align);
 107         while (start <= base) {
 108                 j = memblock_overlaps_region(&memblock.reserved, base, size);
 109                 if (j < 0)
 110                         return base;
 111                 res_base = memblock.reserved.regions[j].base;
 112                 if (res_base < size)
 113                         break;
 114                 base = memblock_align_down(res_base - size, align);
 115         }
 116
 117         return MEMBLOCK_ERROR;
 118 }
 119
 120 static phys_addr_t __init memblock_find_base(phys_addr_t size, phys_addr_t align, phys_addr_t max_addr)
 121 {
 122         long i;
 123         phys_addr_t base = 0;
 124         phys_addr_t res_base;
 125
 126         BUG_ON(0 == size);
 127
 128         size = memblock_align_up(size, align);
 129
 130         /* Pump up max_addr */
 131         if (max_addr == MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE)
 132                 max_addr = memblock.current_limit;
 133
 134         /* We do a top-down search, this tends to limit memory
 135          * fragmentation by keeping early boot allocs near the
 136          * top of memory
 137          */
 138         for (i = memblock.memory.cnt - 1; i >= 0; i--) {
 139                 phys_addr_t memblockbase = memblock.memory.regions[i].base;
 140                 phys_addr_t memblocksize = memblock.memory.regions[i].size;
 141
 142                 if (memblocksize < size)
 143                         continue;
 144                 base = min(memblockbase + memblocksize, max_addr);
 145                 res_base = memblock_find_region(memblockbase, base, size, align);
 146                 if (res_base != MEMBLOCK_ERROR)
 147                         return res_base;
 148         }
 149         return MEMBLOCK_ERROR;
 150 }
 151
 152 static void memblock_remove_region(struct memblock_type *type, unsigned long r)
 153 {
 154         unsigned long i;
 155
 156         for (i = r; i < type->cnt - 1; i++) {
 157                 type->regions[i].base = type->regions[i + 1].base;
 158                 type->regions[i].size = type->regions[i + 1].size;
 159         }
 160         type->cnt--;
 161 }
 162
 163 /* Assumption: base addr of region 1 < base addr of region 2 */
 164 static void memblock_coalesce_regions(struct memblock_type *type,
 165                 unsigned long r1, unsigned long r2)
 166 {
 167         type->regions[r1].size += type->regions[r2].size;
 168         memblock_remove_region(type, r2);
 169 }
 170
 171 /* Defined below but needed now */
 172 static long memblock_add_region(struct memblock_type *type, phys_addr_t base, phys_addr_t size);
 173
 174 static int memblock_double_array(struct memblock_type *type)
 175 {
 176         struct memblock_region *new_array, *old_array;
 177         phys_addr_t old_size, new_size, addr;
 178         int use_slab = slab_is_available();
 179
 180         /* We don't allow resizing until we know about the reserved regions
 181          * of memory that aren't suitable for allocation
 182          */
 183         if (!memblock_can_resize)
 184                 return -1;
 185
 186         pr_debug("memblock: %s array full, doubling...", memblock_type_name(type));
 187
 188         /* Calculate new doubled size */
 189         old_size = type->max * sizeof(struct memblock_region);
 190         new_size = old_size << 1;
 191
 192         /* Try to find some space for it.
 193          *
 194          * WARNING: We assume that either slab_is_available() and we use it or
 195          * we use MEMBLOCK for allocations. That means that this is unsafe to use
 196          * when bootmem is currently active (unless bootmem itself is implemented
 197          * on top of MEMBLOCK which isn't the case yet)
 198          *
 199          * This should however not be an issue for now, as we currently only
 200          * call into MEMBLOCK while it's still active, or much later when slab is
 201          * active for memory hotplug operations
 202          */
 203         if (use_slab) {
 204                 new_array = kmalloc(new_size, GFP_KERNEL);
 205                 addr = new_array == NULL ? MEMBLOCK_ERROR : __pa(new_array);
 206         } else
 207                 addr = memblock_find_base(new_size, sizeof(phys_addr_t), MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE);
 208         if (addr == MEMBLOCK_ERROR) {
 209                 pr_err("memblock: Failed to double %s array from %ld to %ld entries !\n",
 210                        memblock_type_name(type), type->max, type->max * 2);
 211                 return -1;
 212         }
 213         new_array = __va(addr);
 214
 215         /* Found space, we now need to move the array over before
 216          * we add the reserved region since it may be our reserved
 217          * array itself that is full.
 218          */
 219         memcpy(new_array, type->regions, old_size);
 220         memset(new_array + type->max, 0, old_size);
 221         old_array = type->regions;
 222         type->regions = new_array;
 223         type->max <<= 1;
 224
 225         /* If we use SLAB that's it, we are done */
 226         if (use_slab)
 227                 return 0;
 228
 229         /* Add the new reserved region now. Should not fail ! */
 230         BUG_ON(memblock_add_region(&memblock.reserved, addr, new_size) < 0);
 231
 232         /* If the array wasn't our static init one, then free it. We only do
 233          * that before SLAB is available as later on, we don't know whether
 234          * to use kfree or free_bootmem_pages(). Shouldn't be a big deal
 235          * anyways
 236          */
 237         if (old_array != memblock_memory_init_regions &&
 238             old_array != memblock_reserved_init_regions)
 239                 memblock_free(__pa(old_array), old_size);
 240
 241         return 0;
 242 }
 243
 244 static long memblock_add_region(struct memblock_type *type, phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 245 {
 246         unsigned long coalesced = 0;
 247         long adjacent, i;
 248
 249         if ((type->cnt == 1) && (type->regions[0].size == 0)) {
 250                 type->regions[0].base = base;
 251                 type->regions[0].size = size;
 252                 return 0;
 253         }
 254
 255         /* First try and coalesce this MEMBLOCK with another. */
 256         for (i = 0; i < type->cnt; i++) {
 257                 phys_addr_t rgnbase = type->regions[i].base;
 258                 phys_addr_t rgnsize = type->regions[i].size;
 259
 260                 if ((rgnbase == base) && (rgnsize == size))
 261                         /* Already have this region, so we're done */
 262                         return 0;
 263
 264                 adjacent = memblock_addrs_adjacent(base, size, rgnbase, rgnsize);
 265                 if (adjacent > 0) {
 266                         type->regions[i].base -= size;
 267                         type->regions[i].size += size;
 268                         coalesced++;
 269                         break;
 270                 } else if (adjacent < 0) {
 271                         type->regions[i].size += size;
 272                         coalesced++;
 273                         break;
 274                 }
 275         }
 276
 277         if ((i < type->cnt - 1) && memblock_regions_adjacent(type, i, i+1)) {
 278                 memblock_coalesce_regions(type, i, i+1);
 279                 coalesced++;
 280         }
 281
 282         if (coalesced)
 283                 return coalesced;
 284
 285         /* If we are out of space, we fail. It's too late to resize the array
 286          * but then this shouldn't have happened in the first place.
 287          */
 288         if (WARN_ON(type->cnt >= type->max))
 289                 return -1;
 290
 291         /* Couldn't coalesce the MEMBLOCK, so add it to the sorted table. */
 292         for (i = type->cnt - 1; i >= 0; i--) {
 293                 if (base < type->regions[i].base) {
 294                         type->regions[i+1].base = type->regions[i].base;
 295                         type->regions[i+1].size = type->regions[i].size;
 296                 } else {
 297                         type->regions[i+1].base = base;
 298                         type->regions[i+1].size = size;
 299                         break;
 300                 }
 301         }
 302
 303         if (base < type->regions[0].base) {
 304                 type->regions[0].base = base;
 305                 type->regions[0].size = size;
 306         }
 307         type->cnt++;
 308
 309         /* The array is full ? Try to resize it. If that fails, we undo
 310          * our allocation and return an error
 311          */
 312         if (type->cnt == type->max && memblock_double_array(type)) {
 313                 type->cnt--;
 314                 return -1;
 315         }
 316
 317         return 0;
 318 }
 319
 320 long memblock_add(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 321 {
 322         return memblock_add_region(&memblock.memory, base, size);
 323
 324 }
 325
 326 static long __memblock_remove(struct memblock_type *type, phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 327 {
 328         phys_addr_t rgnbegin, rgnend;
 329         phys_addr_t end = base + size;
 330         int i;
 331
 332         rgnbegin = rgnend = 0; /* supress gcc warnings */
 333
 334         /* Find the region where (base, size) belongs to */
 335         for (i=0; i < type->cnt; i++) {
 336                 rgnbegin = type->regions[i].base;
 337                 rgnend = rgnbegin + type->regions[i].size;
 338
 339                 if ((rgnbegin <= base) && (end <= rgnend))
 340                         break;
 341         }
 342
 343         /* Didn't find the region */
 344         if (i == type->cnt)
 345                 return -1;
 346
 347         /* Check to see if we are removing entire region */
 348         if ((rgnbegin == base) && (rgnend == end)) {
 349                 memblock_remove_region(type, i);
 350                 return 0;
 351         }
 352
 353         /* Check to see if region is matching at the front */
 354         if (rgnbegin == base) {
 355                 type->regions[i].base = end;
 356                 type->regions[i].size -= size;
 357                 return 0;
 358         }
 359
 360         /* Check to see if the region is matching at the end */
 361         if (rgnend == end) {
 362                 type->regions[i].size -= size;
 363                 return 0;
 364         }
 365
 366         /*
 367          * We need to split the entry -  adjust the current one to the
 368          * beginging of the hole and add the region after hole.
 369          */
 370         type->regions[i].size = base - type->regions[i].base;
 371         return memblock_add_region(type, end, rgnend - end);
 372 }
 373
 374 long memblock_remove(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 375 {
 376         return __memblock_remove(&memblock.memory, base, size);
 377 }
 378
 379 long __init memblock_free(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 380 {
 381         return __memblock_remove(&memblock.reserved, base, size);
 382 }
 383
 384 long __init memblock_reserve(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 385 {
 386         struct memblock_type *_rgn = &memblock.reserved;
 387
 388         BUG_ON(0 == size);
 389
 390         return memblock_add_region(_rgn, base, size);
 391 }
 392
 393 phys_addr_t __init __memblock_alloc_base(phys_addr_t size, phys_addr_t align, phys_addr_t max_addr)
 394 {
 395         phys_addr_t found;
 396
 397         /* We align the size to limit fragmentation. Without this, a lot of
 398          * small allocs quickly eat up the whole reserve array on sparc
 399          */
 400         size = memblock_align_up(size, align);
 401
 402         found = memblock_find_base(size, align, max_addr);
 403         if (found != MEMBLOCK_ERROR &&
 404             memblock_add_region(&memblock.reserved, found, size) >= 0)
 405                 return found;
 406
 407         return 0;
 408 }
 409
 410 phys_addr_t __init memblock_alloc_base(phys_addr_t size, phys_addr_t align, phys_addr_t max_addr)
 411 {
 412         phys_addr_t alloc;
 413
 414         alloc = __memblock_alloc_base(size, align, max_addr);
 415
 416         if (alloc == 0)
 417                 panic("ERROR: Failed to allocate 0x%llx bytes below 0x%llx.\n",
 418                       (unsigned long long) size, (unsigned long long) max_addr);
 419
 420         return alloc;
 421 }
 422
 423 phys_addr_t __init memblock_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align)
 424 {
 425         return memblock_alloc_base(size, align, MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE);
 426 }
 427
 428
 429 /*
 430  * Additional node-local allocators. Search for node memory is bottom up
 431  * and walks memblock regions within that node bottom-up as well, but allocation
 432  * within an memblock region is top-down.
 433  */
 434
 435 phys_addr_t __weak __init memblock_nid_range(phys_addr_t start, phys_addr_t end, int *nid)
 436 {
 437         *nid = 0;
 438
 439         return end;
 440 }
 441
 442 static phys_addr_t __init memblock_alloc_nid_region(struct memblock_region *mp,
 443                                                phys_addr_t size,
 444                                                phys_addr_t align, int nid)
 445 {
 446         phys_addr_t start, end;
 447
 448         start = mp->base;
 449         end = start + mp->size;
 450
 451         start = memblock_align_up(start, align);
 452         while (start < end) {
 453                 phys_addr_t this_end;
 454                 int this_nid;
 455
 456                 this_end = memblock_nid_range(start, end, &this_nid);
 457                 if (this_nid == nid) {
 458                         phys_addr_t ret = memblock_find_region(start, this_end, size, align);
 459                         if (ret != MEMBLOCK_ERROR &&
 460                             memblock_add_region(&memblock.reserved, ret, size) >= 0)
 461                                 return ret;
 462                 }
 463                 start = this_end;
 464         }
 465
 466         return MEMBLOCK_ERROR;
 467 }
 468
 469 phys_addr_t __init memblock_alloc_nid(phys_addr_t size, phys_addr_t align, int nid)
 470 {
 471         struct memblock_type *mem = &memblock.memory;
 472         int i;
 473
 474         BUG_ON(0 == size);
 475
 476         /* We align the size to limit fragmentation. Without this, a lot of
 477          * small allocs quickly eat up the whole reserve array on sparc
 478          */
 479         size = memblock_align_up(size, align);
 480
 481         /* We do a bottom-up search for a region with the right
 482          * nid since that's easier considering how memblock_nid_range()
 483          * works
 484          */
 485         for (i = 0; i < mem->cnt; i++) {
 486                 phys_addr_t ret = memblock_alloc_nid_region(&mem->regions[i],
 487                                                size, align, nid);
 488                 if (ret != MEMBLOCK_ERROR)
 489                         return ret;
 490         }
 491
 492         return memblock_alloc(size, align);
 493 }
 494
 495 /* You must call memblock_analyze() before this. */
 496 phys_addr_t __init memblock_phys_mem_size(void)
 497 {
 498         return memblock.memory_size;
 499 }
 500
 501 phys_addr_t memblock_end_of_DRAM(void)
 502 {
 503         int idx = memblock.memory.cnt - 1;
 504
 505         return (memblock.memory.regions[idx].base + memblock.memory.regions[idx].size);
 506 }
 507
 508 /* You must call memblock_analyze() after this. */
 509 void __init memblock_enforce_memory_limit(phys_addr_t memory_limit)
 510 {
 511         unsigned long i;
 512         phys_addr_t limit;
 513         struct memblock_region *p;
 514
 515         if (!memory_limit)
 516                 return;
 517
 518         /* Truncate the memblock regions to satisfy the memory limit. */
 519         limit = memory_limit;
 520         for (i = 0; i < memblock.memory.cnt; i++) {
 521                 if (limit > memblock.memory.regions[i].size) {
 522                         limit -= memblock.memory.regions[i].size;
 523                         continue;
 524                 }
 525
 526                 memblock.memory.regions[i].size = limit;
 527                 memblock.memory.cnt = i + 1;
 528                 break;
 529         }
 530
 531         memory_limit = memblock_end_of_DRAM();
 532
 533         /* And truncate any reserves above the limit also. */
 534         for (i = 0; i < memblock.reserved.cnt; i++) {
 535                 p = &memblock.reserved.regions[i];
 536
 537                 if (p->base > memory_limit)
 538                         p->size = 0;
 539                 else if ((p->base + p->size) > memory_limit)
 540                         p->size = memory_limit - p->base;
 541
 542                 if (p->size == 0) {
 543                         memblock_remove_region(&memblock.reserved, i);
 544                         i--;
 545                 }
 546         }
 547 }
 548
 549 static int memblock_search(struct memblock_type *type, phys_addr_t addr)
 550 {
 551         unsigned int left = 0, right = type->cnt;
 552
 553         do {
 554                 unsigned int mid = (right + left) / 2;
 555
 556                 if (addr < type->regions[mid].base)
 557                         right = mid;
 558                 else if (addr >= (type->regions[mid].base +
 559                                   type->regions[mid].size))
 560                         left = mid + 1;
 561                 else
 562                         return mid;
 563         } while (left < right);
 564         return -1;
 565 }
 566
 567 int __init memblock_is_reserved(phys_addr_t addr)
 568 {
 569         return memblock_search(&memblock.reserved, addr) != -1;
 570 }
 571
 572 int memblock_is_memory(phys_addr_t addr)
 573 {
 574         return memblock_search(&memblock.memory, addr) != -1;
 575 }
 576
 577 int memblock_is_region_memory(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 578 {
 579         int idx = memblock_search(&memblock.reserved, base);
 580
 581         if (idx == -1)
 582                 return 0;
 583         return memblock.reserved.regions[idx].base <= base &&
 584                 (memblock.reserved.regions[idx].base +
 585                  memblock.reserved.regions[idx].size) >= (base + size);
 586 }
 587
 588 int memblock_is_region_reserved(phys_addr_t base, phys_addr_t size)
 589 {
 590         return memblock_overlaps_region(&memblock.reserved, base, size) >= 0;
 591 }
 592
 593
 594 void __init memblock_set_current_limit(phys_addr_t limit)
 595 {
 596         memblock.current_limit = limit;
 597 }
 598
 599 static void memblock_dump(struct memblock_type *region, char *name)
 600 {
 601         unsigned long long base, size;
 602         int i;
 603
 604         pr_info(" %s.cnt  = 0x%lx\n", name, region->cnt);
 605
 606         for (i = 0; i < region->cnt; i++) {
 607                 base = region->regions[i].base;
 608                 size = region->regions[i].size;
 609
 610                 pr_info(" %s[0x%x]\t0x%016llx - 0x%016llx, 0x%llx bytes\n",
 611                     name, i, base, base + size - 1, size);
 612         }
 613 }
 614
 615 void memblock_dump_all(void)
 616 {
 617         if (!memblock_debug)
 618                 return;
 619
 620         pr_info("MEMBLOCK configuration:\n");
 621         pr_info(" memory size = 0x%llx\n", (unsigned long long)memblock.memory_size);
 622
 623         memblock_dump(&memblock.memory, "memory");
 624         memblock_dump(&memblock.reserved, "reserved");
 625 }
 626
 627 void __init memblock_analyze(void)
 628 {
 629         int i;
 630
 631         /* Check marker in the unused last array entry */
 632         WARN_ON(memblock_memory_init_regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS].base
 633                 != (phys_addr_t)RED_INACTIVE);
 634         WARN_ON(memblock_reserved_init_regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS].base
 635                 != (phys_addr_t)RED_INACTIVE);
 636
 637         memblock.memory_size = 0;
 638
 639         for (i = 0; i < memblock.memory.cnt; i++)
 640                 memblock.memory_size += memblock.memory.regions[i].size;
 641
 642         /* We allow resizing from there */
 643         memblock_can_resize = 1;
 644 }
 645
 646 void __init memblock_init(void)
 647 {
 648         /* Hookup the initial arrays */
 649         memblock.memory.regions = memblock_memory_init_regions;
 650         memblock.memory.max             = INIT_MEMBLOCK_REGIONS;
 651         memblock.reserved.regions       = memblock_reserved_init_regions;
 652         memblock.reserved.max   = INIT_MEMBLOCK_REGIONS;
 653
 654         /* Write a marker in the unused last array entry */
 655         memblock.memory.regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS].base = (phys_addr_t)RED_INACTIVE;
 656         memblock.reserved.regions[INIT_MEMBLOCK_REGIONS].base = (phys_addr_t)RED_INACTIVE;
 657
 658         /* Create a dummy zero size MEMBLOCK which will get coalesced away later.
 659          * This simplifies the memblock_add() code below...
 660          */
 661         memblock.memory.regions[0].base = 0;
 662         memblock.memory.regions[0].size = 0;
 663         memblock.memory.cnt = 1;
 664
 665         /* Ditto. */
 666         memblock.reserved.regions[0].base = 0;
 667         memblock.reserved.regions[0].size = 0;
 668         memblock.reserved.cnt = 1;
 669
 670         memblock.current_limit = MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE;
 671 }
 672
 673 static int __init early_memblock(char *p)
 674 {
 675         if (p && strstr(p, "debug"))
 676                 memblock_debug = 1;
 677         return 0;
 678 }
 679 early_param("memblock", early_memblock);
 680