mm: move bootmem descriptors definition to a single place
[linux-2.6.git] / arch / x86 / mm / numa_64.c
1 /*
2  * Generic VM initialization for x86-64 NUMA setups.
3  * Copyright 2002,2003 Andi Kleen, SuSE Labs.
4  */
5 #include <linux/kernel.h>
6 #include <linux/mm.h>
7 #include <linux/string.h>
8 #include <linux/init.h>
9 #include <linux/bootmem.h>
10 #include <linux/mmzone.h>
11 #include <linux/ctype.h>
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/nodemask.h>
14 #include <linux/sched.h>
15
16 #include <asm/e820.h>
17 #include <asm/proto.h>
18 #include <asm/dma.h>
19 #include <asm/numa.h>
20 #include <asm/acpi.h>
21 #include <asm/k8.h>
22
23 struct pglist_data *node_data[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
24 EXPORT_SYMBOL(node_data);
25
26 struct memnode memnode;
27
28 s16 apicid_to_node[MAX_LOCAL_APIC] __cpuinitdata = {
29         [0 ... MAX_LOCAL_APIC-1] = NUMA_NO_NODE
30 };
31
32 int numa_off __initdata;
33 static unsigned long __initdata nodemap_addr;
34 static unsigned long __initdata nodemap_size;
35
36 /*
37  * Given a shift value, try to populate memnodemap[]
38  * Returns :
39  * 1 if OK
40  * 0 if memnodmap[] too small (of shift too small)
41  * -1 if node overlap or lost ram (shift too big)
42  */
43 static int __init populate_memnodemap(const struct bootnode *nodes,
44                                       int numnodes, int shift, int *nodeids)
45 {
46         unsigned long addr, end;
47         int i, res = -1;
48
49         memset(memnodemap, 0xff, sizeof(s16)*memnodemapsize);
50         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
51                 addr = nodes[i].start;
52                 end = nodes[i].end;
53                 if (addr >= end)
54                         continue;
55                 if ((end >> shift) >= memnodemapsize)
56                         return 0;
57                 do {
58                         if (memnodemap[addr >> shift] != NUMA_NO_NODE)
59                                 return -1;
60
61                         if (!nodeids)
62                                 memnodemap[addr >> shift] = i;
63                         else
64                                 memnodemap[addr >> shift] = nodeids[i];
65
66                         addr += (1UL << shift);
67                 } while (addr < end);
68                 res = 1;
69         }
70         return res;
71 }
72
73 static int __init allocate_cachealigned_memnodemap(void)
74 {
75         unsigned long addr;
76
77         memnodemap = memnode.embedded_map;
78         if (memnodemapsize <= ARRAY_SIZE(memnode.embedded_map))
79                 return 0;
80
81         addr = 0x8000;
82         nodemap_size = round_up(sizeof(s16) * memnodemapsize, L1_CACHE_BYTES);
83         nodemap_addr = find_e820_area(addr, max_pfn<<PAGE_SHIFT,
84                                       nodemap_size, L1_CACHE_BYTES);
85         if (nodemap_addr == -1UL) {
86                 printk(KERN_ERR
87                        "NUMA: Unable to allocate Memory to Node hash map\n");
88                 nodemap_addr = nodemap_size = 0;
89                 return -1;
90         }
91         memnodemap = phys_to_virt(nodemap_addr);
92         reserve_early(nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size, "MEMNODEMAP");
93
94         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Allocated memnodemap from %lx - %lx\n",
95                nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size);
96         return 0;
97 }
98
99 /*
100  * The LSB of all start and end addresses in the node map is the value of the
101  * maximum possible shift.
102  */
103 static int __init extract_lsb_from_nodes(const struct bootnode *nodes,
104                                          int numnodes)
105 {
106         int i, nodes_used = 0;
107         unsigned long start, end;
108         unsigned long bitfield = 0, memtop = 0;
109
110         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
111                 start = nodes[i].start;
112                 end = nodes[i].end;
113                 if (start >= end)
114                         continue;
115                 bitfield |= start;
116                 nodes_used++;
117                 if (end > memtop)
118                         memtop = end;
119         }
120         if (nodes_used <= 1)
121                 i = 63;
122         else
123                 i = find_first_bit(&bitfield, sizeof(unsigned long)*8);
124         memnodemapsize = (memtop >> i)+1;
125         return i;
126 }
127
128 int __init compute_hash_shift(struct bootnode *nodes, int numnodes,
129                               int *nodeids)
130 {
131         int shift;
132
133         shift = extract_lsb_from_nodes(nodes, numnodes);
134         if (allocate_cachealigned_memnodemap())
135                 return -1;
136         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Using %d for the hash shift.\n",
137                 shift);
138
139         if (populate_memnodemap(nodes, numnodes, shift, nodeids) != 1) {
140                 printk(KERN_INFO "Your memory is not aligned you need to "
141                        "rebuild your kernel with a bigger NODEMAPSIZE "
142                        "shift=%d\n", shift);
143                 return -1;
144         }
145         return shift;
146 }
147
148 int early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
149 {
150         return phys_to_nid(pfn << PAGE_SHIFT);
151 }
152
153 static void * __init early_node_mem(int nodeid, unsigned long start,
154                                     unsigned long end, unsigned long size,
155                                     unsigned long align)
156 {
157         unsigned long mem = find_e820_area(start, end, size, align);
158         void *ptr;
159
160         if (mem != -1L)
161                 return __va(mem);
162
163         ptr = __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
164         if (ptr == NULL) {
165                 printk(KERN_ERR "Cannot find %lu bytes in node %d\n",
166                        size, nodeid);
167                 return NULL;
168         }
169         return ptr;
170 }
171
172 /* Initialize bootmem allocator for a node */
173 void __init setup_node_bootmem(int nodeid, unsigned long start,
174                                unsigned long end)
175 {
176         unsigned long start_pfn, last_pfn, bootmap_pages, bootmap_size;
177         unsigned long bootmap_start, nodedata_phys;
178         void *bootmap;
179         const int pgdat_size = round_up(sizeof(pg_data_t), PAGE_SIZE);
180         int nid;
181
182         start = round_up(start, ZONE_ALIGN);
183
184         printk(KERN_INFO "Bootmem setup node %d %016lx-%016lx\n", nodeid,
185                start, end);
186
187         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
188         last_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
189
190         node_data[nodeid] = early_node_mem(nodeid, start, end, pgdat_size,
191                                            SMP_CACHE_BYTES);
192         if (node_data[nodeid] == NULL)
193                 return;
194         nodedata_phys = __pa(node_data[nodeid]);
195         printk(KERN_INFO "  NODE_DATA [%016lx - %016lx]\n", nodedata_phys,
196                 nodedata_phys + pgdat_size - 1);
197
198         memset(NODE_DATA(nodeid), 0, sizeof(pg_data_t));
199         NODE_DATA(nodeid)->bdata = &bootmem_node_data[nodeid];
200         NODE_DATA(nodeid)->node_start_pfn = start_pfn;
201         NODE_DATA(nodeid)->node_spanned_pages = last_pfn - start_pfn;
202
203         /*
204          * Find a place for the bootmem map
205          * nodedata_phys could be on other nodes by alloc_bootmem,
206          * so need to sure bootmap_start not to be small, otherwise
207          * early_node_mem will get that with find_e820_area instead
208          * of alloc_bootmem, that could clash with reserved range
209          */
210         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(last_pfn - start_pfn);
211         nid = phys_to_nid(nodedata_phys);
212         if (nid == nodeid)
213                 bootmap_start = round_up(nodedata_phys + pgdat_size, PAGE_SIZE);
214         else
215                 bootmap_start = round_up(start, PAGE_SIZE);
216         /*
217          * SMP_CACHE_BYTES could be enough, but init_bootmem_node like
218          * to use that to align to PAGE_SIZE
219          */
220         bootmap = early_node_mem(nodeid, bootmap_start, end,
221                                  bootmap_pages<<PAGE_SHIFT, PAGE_SIZE);
222         if (bootmap == NULL)  {
223                 if (nodedata_phys < start || nodedata_phys >= end)
224                         free_bootmem(nodedata_phys, pgdat_size);
225                 node_data[nodeid] = NULL;
226                 return;
227         }
228         bootmap_start = __pa(bootmap);
229
230         bootmap_size = init_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid),
231                                          bootmap_start >> PAGE_SHIFT,
232                                          start_pfn, last_pfn);
233
234         printk(KERN_INFO "  bootmap [%016lx -  %016lx] pages %lx\n",
235                  bootmap_start, bootmap_start + bootmap_size - 1,
236                  bootmap_pages);
237
238         free_bootmem_with_active_regions(nodeid, end);
239
240         /*
241          * convert early reserve to bootmem reserve earlier
242          * otherwise early_node_mem could use early reserved mem
243          * on previous node
244          */
245         early_res_to_bootmem(start, end);
246
247         /*
248          * in some case early_node_mem could use alloc_bootmem
249          * to get range on other node, don't reserve that again
250          */
251         if (nid != nodeid)
252                 printk(KERN_INFO "    NODE_DATA(%d) on node %d\n", nodeid, nid);
253         else
254                 reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), nodedata_phys,
255                                         pgdat_size, BOOTMEM_DEFAULT);
256         nid = phys_to_nid(bootmap_start);
257         if (nid != nodeid)
258                 printk(KERN_INFO "    bootmap(%d) on node %d\n", nodeid, nid);
259         else
260                 reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), bootmap_start,
261                                  bootmap_pages<<PAGE_SHIFT, BOOTMEM_DEFAULT);
262
263 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
264         srat_reserve_add_area(nodeid);
265 #endif
266         node_set_online(nodeid);
267 }
268
269 /*
270  * There are unfortunately some poorly designed mainboards around that
271  * only connect memory to a single CPU. This breaks the 1:1 cpu->node
272  * mapping. To avoid this fill in the mapping for all possible CPUs,
273  * as the number of CPUs is not known yet. We round robin the existing
274  * nodes.
275  */
276 void __init numa_init_array(void)
277 {
278         int rr, i;
279
280         rr = first_node(node_online_map);
281         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
282                 if (early_cpu_to_node(i) != NUMA_NO_NODE)
283                         continue;
284                 numa_set_node(i, rr);
285                 rr = next_node(rr, node_online_map);
286                 if (rr == MAX_NUMNODES)
287                         rr = first_node(node_online_map);
288         }
289 }
290
291 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
292 /* Numa emulation */
293 static char *cmdline __initdata;
294
295 /*
296  * Setups up nid to range from addr to addr + size.  If the end
297  * boundary is greater than max_addr, then max_addr is used instead.
298  * The return value is 0 if there is additional memory left for
299  * allocation past addr and -1 otherwise.  addr is adjusted to be at
300  * the end of the node.
301  */
302 static int __init setup_node_range(int nid, struct bootnode *nodes, u64 *addr,
303                                    u64 size, u64 max_addr)
304 {
305         int ret = 0;
306
307         nodes[nid].start = *addr;
308         *addr += size;
309         if (*addr >= max_addr) {
310                 *addr = max_addr;
311                 ret = -1;
312         }
313         nodes[nid].end = *addr;
314         node_set(nid, node_possible_map);
315         printk(KERN_INFO "Faking node %d at %016Lx-%016Lx (%LuMB)\n", nid,
316                nodes[nid].start, nodes[nid].end,
317                (nodes[nid].end - nodes[nid].start) >> 20);
318         return ret;
319 }
320
321 /*
322  * Splits num_nodes nodes up equally starting at node_start.  The return value
323  * is the number of nodes split up and addr is adjusted to be at the end of the
324  * last node allocated.
325  */
326 static int __init split_nodes_equally(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
327                                       u64 max_addr, int node_start,
328                                       int num_nodes)
329 {
330         unsigned int big;
331         u64 size;
332         int i;
333
334         if (num_nodes <= 0)
335                 return -1;
336         if (num_nodes > MAX_NUMNODES)
337                 num_nodes = MAX_NUMNODES;
338         size = (max_addr - *addr - e820_hole_size(*addr, max_addr)) /
339                num_nodes;
340         /*
341          * Calculate the number of big nodes that can be allocated as a result
342          * of consolidating the leftovers.
343          */
344         big = ((size & ~FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK) * num_nodes) /
345               FAKE_NODE_MIN_SIZE;
346
347         /* Round down to nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE. */
348         size &= FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
349         if (!size) {
350                 printk(KERN_ERR "Not enough memory for each node.  "
351                        "NUMA emulation disabled.\n");
352                 return -1;
353         }
354
355         for (i = node_start; i < num_nodes + node_start; i++) {
356                 u64 end = *addr + size;
357
358                 if (i < big)
359                         end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
360                 /*
361                  * The final node can have the remaining system RAM.  Other
362                  * nodes receive roughly the same amount of available pages.
363                  */
364                 if (i == num_nodes + node_start - 1)
365                         end = max_addr;
366                 else
367                         while (end - *addr - e820_hole_size(*addr, end) <
368                                size) {
369                                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
370                                 if (end > max_addr) {
371                                         end = max_addr;
372                                         break;
373                                 }
374                         }
375                 if (setup_node_range(i, nodes, addr, end - *addr, max_addr) < 0)
376                         break;
377         }
378         return i - node_start + 1;
379 }
380
381 /*
382  * Splits the remaining system RAM into chunks of size.  The remaining memory is
383  * always assigned to a final node and can be asymmetric.  Returns the number of
384  * nodes split.
385  */
386 static int __init split_nodes_by_size(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
387                                       u64 max_addr, int node_start, u64 size)
388 {
389         int i = node_start;
390         size = (size << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
391         while (!setup_node_range(i++, nodes, addr, size, max_addr))
392                 ;
393         return i - node_start;
394 }
395
396 /*
397  * Sets up the system RAM area from start_pfn to last_pfn according to the
398  * numa=fake command-line option.
399  */
400 static struct bootnode nodes[MAX_NUMNODES] __initdata;
401
402 static int __init numa_emulation(unsigned long start_pfn, unsigned long last_pfn)
403 {
404         u64 size, addr = start_pfn << PAGE_SHIFT;
405         u64 max_addr = last_pfn << PAGE_SHIFT;
406         int num_nodes = 0, num = 0, coeff_flag, coeff = -1, i;
407
408         memset(&nodes, 0, sizeof(nodes));
409         /*
410          * If the numa=fake command-line is just a single number N, split the
411          * system RAM into N fake nodes.
412          */
413         if (!strchr(cmdline, '*') && !strchr(cmdline, ',')) {
414                 long n = simple_strtol(cmdline, NULL, 0);
415
416                 num_nodes = split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr, 0, n);
417                 if (num_nodes < 0)
418                         return num_nodes;
419                 goto out;
420         }
421
422         /* Parse the command line. */
423         for (coeff_flag = 0; ; cmdline++) {
424                 if (*cmdline && isdigit(*cmdline)) {
425                         num = num * 10 + *cmdline - '0';
426                         continue;
427                 }
428                 if (*cmdline == '*') {
429                         if (num > 0)
430                                 coeff = num;
431                         coeff_flag = 1;
432                 }
433                 if (!*cmdline || *cmdline == ',') {
434                         if (!coeff_flag)
435                                 coeff = 1;
436                         /*
437                          * Round down to the nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE.
438                          * Command-line coefficients are in megabytes.
439                          */
440                         size = ((u64)num << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
441                         if (size)
442                                 for (i = 0; i < coeff; i++, num_nodes++)
443                                         if (setup_node_range(num_nodes, nodes,
444                                                 &addr, size, max_addr) < 0)
445                                                 goto done;
446                         if (!*cmdline)
447                                 break;
448                         coeff_flag = 0;
449                         coeff = -1;
450                 }
451                 num = 0;
452         }
453 done:
454         if (!num_nodes)
455                 return -1;
456         /* Fill remainder of system RAM, if appropriate. */
457         if (addr < max_addr) {
458                 if (coeff_flag && coeff < 0) {
459                         /* Split remaining nodes into num-sized chunks */
460                         num_nodes += split_nodes_by_size(nodes, &addr, max_addr,
461                                                          num_nodes, num);
462                         goto out;
463                 }
464                 switch (*(cmdline - 1)) {
465                 case '*':
466                         /* Split remaining nodes into coeff chunks */
467                         if (coeff <= 0)
468                                 break;
469                         num_nodes += split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr,
470                                                          num_nodes, coeff);
471                         break;
472                 case ',':
473                         /* Do not allocate remaining system RAM */
474                         break;
475                 default:
476                         /* Give one final node */
477                         setup_node_range(num_nodes, nodes, &addr,
478                                          max_addr - addr, max_addr);
479                         num_nodes++;
480                 }
481         }
482 out:
483         memnode_shift = compute_hash_shift(nodes, num_nodes, NULL);
484         if (memnode_shift < 0) {
485                 memnode_shift = 0;
486                 printk(KERN_ERR "No NUMA hash function found.  NUMA emulation "
487                        "disabled.\n");
488                 return -1;
489         }
490
491         /*
492          * We need to vacate all active ranges that may have been registered by
493          * SRAT and set acpi_numa to -1 so that srat_disabled() always returns
494          * true.  NUMA emulation has succeeded so we will not scan ACPI nodes.
495          */
496         remove_all_active_ranges();
497 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
498         acpi_numa = -1;
499 #endif
500         for_each_node_mask(i, node_possible_map) {
501                 e820_register_active_regions(i, nodes[i].start >> PAGE_SHIFT,
502                                                 nodes[i].end >> PAGE_SHIFT);
503                 setup_node_bootmem(i, nodes[i].start, nodes[i].end);
504         }
505         acpi_fake_nodes(nodes, num_nodes);
506         numa_init_array();
507         return 0;
508 }
509 #endif /* CONFIG_NUMA_EMU */
510
511 void __init initmem_init(unsigned long start_pfn, unsigned long last_pfn)
512 {
513         int i;
514
515         nodes_clear(node_possible_map);
516         nodes_clear(node_online_map);
517
518 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
519         if (cmdline && !numa_emulation(start_pfn, last_pfn))
520                 return;
521         nodes_clear(node_possible_map);
522         nodes_clear(node_online_map);
523 #endif
524
525 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
526         if (!numa_off && !acpi_scan_nodes(start_pfn << PAGE_SHIFT,
527                                           last_pfn << PAGE_SHIFT))
528                 return;
529         nodes_clear(node_possible_map);
530         nodes_clear(node_online_map);
531 #endif
532
533 #ifdef CONFIG_K8_NUMA
534         if (!numa_off && !k8_scan_nodes(start_pfn<<PAGE_SHIFT,
535                                         last_pfn<<PAGE_SHIFT))
536                 return;
537         nodes_clear(node_possible_map);
538         nodes_clear(node_online_map);
539 #endif
540         printk(KERN_INFO "%s\n",
541                numa_off ? "NUMA turned off" : "No NUMA configuration found");
542
543         printk(KERN_INFO "Faking a node at %016lx-%016lx\n",
544                start_pfn << PAGE_SHIFT,
545                last_pfn << PAGE_SHIFT);
546         /* setup dummy node covering all memory */
547         memnode_shift = 63;
548         memnodemap = memnode.embedded_map;
549         memnodemap[0] = 0;
550         node_set_online(0);
551         node_set(0, node_possible_map);
552         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)
553                 numa_set_node(i, 0);
554         e820_register_active_regions(0, start_pfn, last_pfn);
555         setup_node_bootmem(0, start_pfn << PAGE_SHIFT, last_pfn << PAGE_SHIFT);
556 }
557
558 unsigned long __init numa_free_all_bootmem(void)
559 {
560         unsigned long pages = 0;
561         int i;
562
563         for_each_online_node(i)
564                 pages += free_all_bootmem_node(NODE_DATA(i));
565
566         return pages;
567 }
568
569 void __init paging_init(void)
570 {
571         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
572
573         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
574         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN;
575         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = MAX_DMA32_PFN;
576         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_pfn;
577
578         sparse_memory_present_with_active_regions(MAX_NUMNODES);
579         sparse_init();
580
581         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
582 }
583
584 static __init int numa_setup(char *opt)
585 {
586         if (!opt)
587                 return -EINVAL;
588         if (!strncmp(opt, "off", 3))
589                 numa_off = 1;
590 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
591         if (!strncmp(opt, "fake=", 5))
592                 cmdline = opt + 5;
593 #endif
594 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
595         if (!strncmp(opt, "noacpi", 6))
596                 acpi_numa = -1;
597         if (!strncmp(opt, "hotadd=", 7))
598                 hotadd_percent = simple_strtoul(opt+7, NULL, 10);
599 #endif
600         return 0;
601 }
602 early_param("numa", numa_setup);
603
604 #ifdef CONFIG_NUMA
605 /*
606  * Setup early cpu_to_node.
607  *
608  * Populate cpu_to_node[] only if x86_cpu_to_apicid[],
609  * and apicid_to_node[] tables have valid entries for a CPU.
610  * This means we skip cpu_to_node[] initialisation for NUMA
611  * emulation and faking node case (when running a kernel compiled
612  * for NUMA on a non NUMA box), which is OK as cpu_to_node[]
613  * is already initialized in a round robin manner at numa_init_array,
614  * prior to this call, and this initialization is good enough
615  * for the fake NUMA cases.
616  *
617  * Called before the per_cpu areas are setup.
618  */
619 void __init init_cpu_to_node(void)
620 {
621         int cpu;
622         u16 *cpu_to_apicid = early_per_cpu_ptr(x86_cpu_to_apicid);
623
624         BUG_ON(cpu_to_apicid == NULL);
625
626         for_each_possible_cpu(cpu) {
627                 int node;
628                 u16 apicid = cpu_to_apicid[cpu];
629
630                 if (apicid == BAD_APICID)
631                         continue;
632                 node = apicid_to_node[apicid];
633                 if (node == NUMA_NO_NODE)
634                         continue;
635                 if (!node_online(node))
636                         continue;
637                 numa_set_node(cpu, node);
638         }
639 }
640 #endif
641
642