mm/bootmem.c

   1 /*
   2  *  linux/mm/bootmem.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1999 Ingo Molnar
   5  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
   6  *
   7  *  simple boot-time physical memory area allocator and
   8  *  free memory collector. It's used to deal with reserved
   9  *  system memory and memory holes as well.
  10  */
  11 #include <linux/init.h>
  12 #include <linux/pfn.h>
  13 #include <linux/bootmem.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15
  16 #include <asm/bug.h>
  17 #include <asm/io.h>
  18
  19 #include "internal.h"
  20
  21 /*
  22  * Access to this subsystem has to be serialized externally. (this is
  23  * true for the boot process anyway)
  24  */
  25 unsigned long max_low_pfn;
  26 unsigned long min_low_pfn;
  27 unsigned long max_pfn;
  28
  29 EXPORT_UNUSED_SYMBOL(max_pfn);  /*  June 2006  */
  30
  31 static LIST_HEAD(bdata_list);
  32 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
  33 /*
  34  * If we have booted due to a crash, max_pfn will be a very low value. We need
  35  * to know the amount of memory that the previous kernel used.
  36  */
  37 unsigned long saved_max_pfn;
  38 #endif
  39
  40 /* return the number of _pages_ that will be allocated for the boot bitmap */
  41 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages (unsigned long pages)
  42 {
  43         unsigned long mapsize;
  44
  45         mapsize = (pages+7)/8;
  46         mapsize = (mapsize + ~PAGE_MASK) & PAGE_MASK;
  47         mapsize >>= PAGE_SHIFT;
  48
  49         return mapsize;
  50 }
  51 /*
  52  * link bdata in order
  53  */
  54 static void __init link_bootmem(bootmem_data_t *bdata)
  55 {
  56         bootmem_data_t *ent;
  57         if (list_empty(&bdata_list)) {
  58                 list_add(&bdata->list, &bdata_list);
  59                 return;
  60         }
  61         /* insert in order */
  62         list_for_each_entry(ent, &bdata_list, list) {
  63                 if (bdata->node_boot_start < ent->node_boot_start) {
  64                         list_add_tail(&bdata->list, &ent->list);
  65                         return;
  66                 }
  67         }
  68         list_add_tail(&bdata->list, &bdata_list);
  69         return;
  70 }
  71
  72 /*
  73  * Given an initialised bdata, it returns the size of the boot bitmap
  74  */
  75 static unsigned long __init get_mapsize(bootmem_data_t *bdata)
  76 {
  77         unsigned long mapsize;
  78         unsigned long start = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
  79         unsigned long end = bdata->node_low_pfn;
  80
  81         mapsize = ((end - start) + 7) / 8;
  82         return ALIGN(mapsize, sizeof(long));
  83 }
  84
  85 /*
  86  * Called once to set up the allocator itself.
  87  */
  88 static unsigned long __init init_bootmem_core (pg_data_t *pgdat,
  89         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
  90 {
  91         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
  92         unsigned long mapsize;
  93
  94         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(PFN_PHYS(mapstart));
  95         bdata->node_boot_start = PFN_PHYS(start);
  96         bdata->node_low_pfn = end;
  97         link_bootmem(bdata);
  98
  99         /*
 100          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
 101          * register free RAM areas explicitly.
 102          */
 103         mapsize = get_mapsize(bdata);
 104         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
 105
 106         return mapsize;
 107 }
 108
 109 /*
 110  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
 111  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
 112  * to the free page pool later on.
 113  */
 114 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
 115                                         unsigned long size)
 116 {
 117         unsigned long sidx, eidx;
 118         unsigned long i;
 119
 120         /*
 121          * round up, partially reserved pages are considered
 122          * fully reserved.
 123          */
 124         BUG_ON(!size);
 125         BUG_ON(PFN_DOWN(addr) >= bdata->node_low_pfn);
 126         BUG_ON(PFN_UP(addr + size) > bdata->node_low_pfn);
 127
 128         sidx = PFN_DOWN(addr - bdata->node_boot_start);
 129         eidx = PFN_UP(addr + size - bdata->node_boot_start);
 130
 131         for (i = sidx; i < eidx; i++)
 132                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
 133 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
 134                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
 135 #endif
 136                 }
 137 }
 138
 139 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr,
 140                                      unsigned long size)
 141 {
 142         unsigned long sidx, eidx;
 143         unsigned long i;
 144
 145         /*
 146          * round down end of usable mem, partially free pages are
 147          * considered reserved.
 148          */
 149         BUG_ON(!size);
 150         BUG_ON(PFN_DOWN(addr + size) > bdata->node_low_pfn);
 151
 152         if (addr < bdata->last_success)
 153                 bdata->last_success = addr;
 154
 155         /*
 156          * Round up the beginning of the address.
 157          */
 158         sidx = PFN_UP(addr) - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
 159         eidx = PFN_DOWN(addr + size - bdata->node_boot_start);
 160
 161         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
 162                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
 163                         BUG();
 164         }
 165 }
 166
 167 /*
 168  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
 169  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
 170  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
 171  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
 172  * is not a problem.
 173  *
 174  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
 175  *
 176  * alignment has to be a power of 2 value.
 177  *
 178  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
 179  */
 180 void * __init
 181 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
 182               unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
 183 {
 184         unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
 185         unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
 186         void *ret;
 187
 188         if(!size) {
 189                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
 190                 BUG();
 191         }
 192         BUG_ON(align & (align-1));
 193
 194         if (limit && bdata->node_boot_start >= limit)
 195                 return NULL;
 196
 197         end_pfn = bdata->node_low_pfn;
 198         limit = PFN_DOWN(limit);
 199         if (limit && end_pfn > limit)
 200                 end_pfn = limit;
 201
 202         eidx = end_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
 203         offset = 0;
 204         if (align && (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
 205                 offset = align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL));
 206         offset = PFN_DOWN(offset);
 207
 208         /*
 209          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
 210          * first, then we try to allocate lower pages.
 211          */
 212         if (goal && goal >= bdata->node_boot_start && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
 213                 preferred = goal - bdata->node_boot_start;
 214
 215                 if (bdata->last_success >= preferred)
 216                         if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
 217                                 preferred = bdata->last_success;
 218         } else
 219                 preferred = 0;
 220
 221         preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align)) + offset;
 222         areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
 223         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
 224
 225 restart_scan:
 226         for (i = preferred; i < eidx; i += incr) {
 227                 unsigned long j;
 228                 i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
 229                 i = ALIGN(i, incr);
 230                 if (i >= eidx)
 231                         break;
 232                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
 233                         continue;
 234                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
 235                         if (j >= eidx)
 236                                 goto fail_block;
 237                         if (test_bit (j, bdata->node_bootmem_map))
 238                                 goto fail_block;
 239                 }
 240                 start = i;
 241                 goto found;
 242         fail_block:
 243                 i = ALIGN(j, incr);
 244         }
 245
 246         if (preferred > offset) {
 247                 preferred = offset;
 248                 goto restart_scan;
 249         }
 250         return NULL;
 251
 252 found:
 253         bdata->last_success = PFN_PHYS(start);
 254         BUG_ON(start >= eidx);
 255
 256         /*
 257          * Is the next page of the previous allocation-end the start
 258          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
 259          * the previous partial page with this allocation.
 260          */
 261         if (align < PAGE_SIZE &&
 262             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
 263                 offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
 264                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
 265                 remaining_size = PAGE_SIZE-offset;
 266                 if (size < remaining_size) {
 267                         areasize = 0;
 268                         /* last_pos unchanged */
 269                         bdata->last_offset = offset+size;
 270                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
 271                                                 bdata->node_boot_start);
 272                 } else {
 273                         remaining_size = size - remaining_size;
 274                         areasize = (remaining_size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
 275                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
 276                                                 bdata->node_boot_start);
 277                         bdata->last_pos = start+areasize-1;
 278                         bdata->last_offset = remaining_size;
 279                 }
 280                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
 281         } else {
 282                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
 283                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
 284                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
 285         }
 286
 287         /*
 288          * Reserve the area now:
 289          */
 290         for (i = start; i < start+areasize; i++)
 291                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
 292                         BUG();
 293         memset(ret, 0, size);
 294         return ret;
 295 }
 296
 297 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
 298 {
 299         struct page *page;
 300         unsigned long pfn;
 301         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
 302         unsigned long i, count, total = 0;
 303         unsigned long idx;
 304         unsigned long *map;
 305         int gofast = 0;
 306
 307         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
 308
 309         count = 0;
 310         /* first extant page of the node */
 311         pfn = PFN_DOWN(bdata->node_boot_start);
 312         idx = bdata->node_low_pfn - pfn;
 313         map = bdata->node_bootmem_map;
 314         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
 315         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
 316             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
 317                 gofast = 1;
 318         for (i = 0; i < idx; ) {
 319                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
 320
 321                 if (gofast && v == ~0UL) {
 322                         int order;
 323
 324                         page = pfn_to_page(pfn);
 325                         count += BITS_PER_LONG;
 326                         order = ffs(BITS_PER_LONG) - 1;
 327                         __free_pages_bootmem(page, order);
 328                         i += BITS_PER_LONG;
 329                         page += BITS_PER_LONG;
 330                 } else if (v) {
 331                         unsigned long m;
 332
 333                         page = pfn_to_page(pfn);
 334                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
 335                                 if (v & m) {
 336                                         count++;
 337                                         __free_pages_bootmem(page, 0);
 338                                 }
 339                         }
 340                 } else {
 341                         i+=BITS_PER_LONG;
 342                 }
 343                 pfn += BITS_PER_LONG;
 344         }
 345         total += count;
 346
 347         /*
 348          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
 349          * needed anymore:
 350          */
 351         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
 352         count = 0;
 353         idx = (get_mapsize(bdata) + PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 354         for (i = 0; i < idx; i++, page++) {
 355                 __free_pages_bootmem(page, 0);
 356                 count++;
 357         }
 358         total += count;
 359         bdata->node_bootmem_map = NULL;
 360
 361         return total;
 362 }
 363
 364 unsigned long __init init_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn,
 365                                 unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
 366 {
 367         return(init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn));
 368 }
 369
 370 void __init reserve_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
 371                                   unsigned long size)
 372 {
 373         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
 374 }
 375
 376 void __init free_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr,
 377                                unsigned long size)
 378 {
 379         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
 380 }
 381
 382 unsigned long __init free_all_bootmem_node (pg_data_t *pgdat)
 383 {
 384         return(free_all_bootmem_core(pgdat));
 385 }
 386
 387 unsigned long __init init_bootmem (unsigned long start, unsigned long pages)
 388 {
 389         max_low_pfn = pages;
 390         min_low_pfn = start;
 391         return(init_bootmem_core(NODE_DATA(0), start, 0, pages));
 392 }
 393
 394 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
 395 void __init reserve_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
 396 {
 397         reserve_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
 398 }
 399 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
 400
 401 void __init free_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
 402 {
 403         free_bootmem_core(NODE_DATA(0)->bdata, addr, size);
 404 }
 405
 406 unsigned long __init free_all_bootmem (void)
 407 {
 408         return(free_all_bootmem_core(NODE_DATA(0)));
 409 }
 410
 411 void * __init __alloc_bootmem_nopanic(unsigned long size, unsigned long align,
 412                                       unsigned long goal)
 413 {
 414         bootmem_data_t *bdata;
 415         void *ptr;
 416
 417         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
 418                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal, 0)))
 419                         return(ptr);
 420         return NULL;
 421 }
 422
 423 void * __init __alloc_bootmem(unsigned long size, unsigned long align,
 424                               unsigned long goal)
 425 {
 426         void *mem = __alloc_bootmem_nopanic(size,align,goal);
 427         if (mem)
 428                 return mem;
 429         /*
 430          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
 431          */
 432         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
 433         panic("Out of memory");
 434         return NULL;
 435 }
 436
 437
 438 void * __init __alloc_bootmem_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
 439                                    unsigned long align, unsigned long goal)
 440 {
 441         void *ptr;
 442
 443         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, 0);
 444         if (ptr)
 445                 return (ptr);
 446
 447         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
 448 }
 449
 450 #define LOW32LIMIT 0xffffffff
 451
 452 void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
 453                                   unsigned long goal)
 454 {
 455         bootmem_data_t *bdata;
 456         void *ptr;
 457
 458         list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list)
 459                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size,
 460                                                  align, goal, LOW32LIMIT)))
 461                         return(ptr);
 462
 463         /*
 464          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
 465          */
 466         printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
 467         panic("Out of low memory");
 468         return NULL;
 469 }
 470
 471 void * __init __alloc_bootmem_low_node(pg_data_t *pgdat, unsigned long size,
 472                                        unsigned long align, unsigned long goal)
 473 {
 474         return __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal, LOW32LIMIT);
 475 }