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