include/linux/mmzone.h

   1 #ifndef _LINUX_MMZONE_H
   2 #define _LINUX_MMZONE_H
   3
   4 #ifdef __KERNEL__
   5 #ifndef __ASSEMBLY__
   6
   7 #include <linux/config.h>
   8 #include <linux/spinlock.h>
   9 #include <linux/list.h>
  10 #include <linux/wait.h>
  11 #include <linux/cache.h>
  12 #include <linux/threads.h>
  13 #include <linux/numa.h>
  14 #include <asm/atomic.h>
  15
  16 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
  17 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
  18 #define MAX_ORDER 11
  19 #else
  20 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
  21 #endif
  22
  23 /*
  24  * system hash table size limits
  25  * - on large memory machines, we may want to allocate a bigger hash than that
  26  *   permitted by MAX_ORDER, so we allocate with the bootmem allocator, and are
  27  *   limited to this size
  28  */
  29 #define MAX_SYS_HASH_TABLE_ORDER 7
  30
  31 struct free_area {
  32         struct list_head        free_list;
  33         unsigned long           *map;
  34 };
  35
  36 struct pglist_data;
  37
  38 /*
  39  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
  40  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
  41  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
  42  * consumption is not a concern here.
  43  */
  44 #if defined(CONFIG_SMP)
  45 struct zone_padding {
  46         int x;
  47 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
  48 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
  49 #else
  50 #define ZONE_PADDING(name)
  51 #endif
  52
  53 struct per_cpu_pages {
  54         int count;              /* number of pages in the list */
  55         int low;                /* low watermark, refill needed */
  56         int high;               /* high watermark, emptying needed */
  57         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
  58         struct list_head list;  /* the list of pages */
  59 };
  60
  61 struct per_cpu_pageset {
  62         struct per_cpu_pages pcp[2];    /* 0: hot.  1: cold */
  63 #ifdef CONFIG_NUMA
  64         unsigned long numa_hit;         /* allocated in intended node */
  65         unsigned long numa_miss;        /* allocated in non intended node */
  66         unsigned long numa_foreign;     /* was intended here, hit elsewhere */
  67         unsigned long interleave_hit;   /* interleaver prefered this zone */
  68         unsigned long local_node;       /* allocation from local node */
  69         unsigned long other_node;       /* allocation from other node */
  70 #endif
  71 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  72
  73 #define ZONE_DMA                0
  74 #define ZONE_NORMAL             1
  75 #define ZONE_HIGHMEM            2
  76
  77 #define MAX_NR_ZONES            3       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
  78 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
  79
  80
  81 /*
  82  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
  83  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
  84  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
  85  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
  86  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
  87  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
  88  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
  89  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
  90  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
  91  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
  92  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
  93  */
  94 #define GFP_ZONEMASK    0x03
  95 /*
  96  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
  97  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
  98  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
  99  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
 100  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
 101  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
 102  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
 103  * Use the first form when the left most bit is not a "loner", otherwise
 104  * use the second.
 105  */
 106 /* #define GFP_ZONETYPES        (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
 107 #define GFP_ZONETYPES   ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
 108
 109 /*
 110  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
 111  * into multiple physical zones. On a PC we have 3 zones:
 112  *
 113  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
 114  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
 115  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
 116  */
 117
 118 struct zone {
 119         /*
 120          * Commonly accessed fields:
 121          */
 122         spinlock_t              lock;
 123         unsigned long           free_pages;
 124         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
 125         /*
 126          * protection[] is a pre-calculated number of extra pages that must be
 127          * available in a zone in order for __alloc_pages() to allocate memory
 128          * from the zone. i.e., for a GFP_KERNEL alloc of "order" there must
 129          * be "(1<<order) + protection[ZONE_NORMAL]" free pages in the zone
 130          * for us to choose to allocate the page from that zone.
 131          *
 132          * It uses both min_free_kbytes and sysctl_lower_zone_protection.
 133          * The protection values are recalculated if either of these values
 134          * change.  The array elements are in zonelist order:
 135          *      [0] == GFP_DMA, [1] == GFP_KERNEL, [2] == GFP_HIGHMEM.
 136          */
 137         unsigned long           protection[MAX_NR_ZONES];
 138
 139         ZONE_PADDING(_pad1_)
 140
 141         spinlock_t              lru_lock;
 142         struct list_head        active_list;
 143         struct list_head        inactive_list;
 144         unsigned long           nr_scan_active;
 145         unsigned long           nr_scan_inactive;
 146         unsigned long           nr_active;
 147         unsigned long           nr_inactive;
 148         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
 149         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
 150
 151         ZONE_PADDING(_pad2_)
 152
 153         /*
 154          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
 155          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
 156          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
 157          * invokation.
 158          *
 159          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
 160          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
 161          * pages.
 162          *
 163          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
 164          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
 165          *
 166          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
 167          * it is expected to average out OK.
 168          */
 169         int temp_priority;
 170         int prev_priority;
 171
 172         /*
 173          * free areas of different sizes
 174          */
 175         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
 176
 177         /*
 178          * wait_table           -- the array holding the hash table
 179          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
 180          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
 181          *
 182          * The purpose of all these is to keep track of the people
 183          * waiting for a page to become available and make them
 184          * runnable again when possible. The trouble is that this
 185          * consumes a lot of space, especially when so few things
 186          * wait on pages at a given time. So instead of using
 187          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
 188          *
 189          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
 190          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
 191          * When something wakes, it must check to be sure its page is
 192          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
 193          * collision is great, but given the expected load of the
 194          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
 195          * benefits from the saved space.
 196          *
 197          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
 198          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
 199          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
 200          */
 201         wait_queue_head_t       * wait_table;
 202         unsigned long           wait_table_size;
 203         unsigned long           wait_table_bits;
 204
 205         ZONE_PADDING(_pad3_)
 206
 207         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
 208
 209         /*
 210          * Discontig memory support fields.
 211          */
 212         struct pglist_data      *zone_pgdat;
 213         struct page             *zone_mem_map;
 214         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
 215         unsigned long           zone_start_pfn;
 216
 217         /*
 218          * rarely used fields:
 219          */
 220         char                    *name;
 221         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
 222         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
 223 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
 224
 225
 226 /*
 227  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
 228  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
 229  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
 230  */
 231 #define DEF_PRIORITY 12
 232
 233 /*
 234  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
 235  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
 236  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
 237  * priority.
 238  *
 239  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
 240  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
 241  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
 242  * footprint of this construct is very small.
 243  */
 244 struct zonelist {
 245         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
 246 };
 247
 248
 249 /*
 250  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
 251  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
 252  * zone denotes.
 253  *
 254  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
 255  * it's memory layout.
 256  *
 257  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
 258  * per-zone basis.
 259  */
 260 struct bootmem_data;
 261 typedef struct pglist_data {
 262         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
 263         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
 264         int nr_zones;
 265         struct page *node_mem_map;
 266         struct bootmem_data *bdata;
 267         unsigned long node_start_pfn;
 268         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
 269         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
 270                                              range, including holes */
 271         int node_id;
 272         struct pglist_data *pgdat_next;
 273         wait_queue_head_t       kswapd_wait;
 274         struct task_struct *kswapd;
 275 } pg_data_t;
 276
 277 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
 278 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
 279
 280 extern int numnodes;
 281 extern struct pglist_data *pgdat_list;
 282
 283 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 284                         unsigned long *free);
 285 void build_all_zonelists(void);
 286 void wakeup_kswapd(struct zone *zone);
 287
 288 /*
 289  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
 290  */
 291 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
 292
 293 /**
 294  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
 295  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
 296  *
 297  * Meant to help with common loops of the form
 298  * pgdat = pgdat_list;
 299  * while(pgdat) {
 300  *      ...
 301  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
 302  * }
 303  */
 304 #define for_each_pgdat(pgdat) \
 305         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
 306
 307 /*
 308  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
 309  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
 310  */
 311 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
 312 {
 313         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
 314
 315         if (zone - pgdat->node_zones < MAX_NR_ZONES - 1)
 316                 zone++;
 317         else if (pgdat->pgdat_next) {
 318                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
 319                 zone = pgdat->node_zones;
 320         } else
 321                 zone = NULL;
 322
 323         return zone;
 324 }
 325
 326 /**
 327  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
 328  * @zone - pointer to struct zone variable
 329  *
 330  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
 331  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
 332  * easier to read version of this piece of code:
 333  *
 334  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
 335  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
 336  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
 337  *              ...
 338  *      }
 339  * }
 340  */
 341 #define for_each_zone(zone) \
 342         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
 343
 344 /**
 345  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
 346  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
 347  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
 348  * @zone - pointer to struct zone variable
 349  */
 350 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
 351 {
 352         return (zone - zone->zone_pgdat->node_zones == ZONE_HIGHMEM);
 353 }
 354
 355 static inline int is_normal(struct zone *zone)
 356 {
 357         return (zone - zone->zone_pgdat->node_zones == ZONE_NORMAL);
 358 }
 359
 360 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
 361 struct ctl_table;
 362 struct file;
 363 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 364                                         void __user *, size_t *);
 365 int lower_zone_protection_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 366                                         void __user *, size_t *);
 367
 368 #include <linux/topology.h>
 369 /* Returns the number of the current Node. */
 370 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(smp_processor_id()))
 371
 372 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 373
 374 extern struct pglist_data contig_page_data;
 375 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
 376 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
 377 #define MAX_NODES_SHIFT         1
 378 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
 379
 380 #else /* CONFIG_DISCONTIGMEM */
 381
 382 #include <asm/mmzone.h>
 383
 384 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
 385 /*
 386  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
 387  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
 388  */
 389 #define MAX_NODES_SHIFT         6
 390 #elif BITS_PER_LONG == 64
 391 /*
 392  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
 393  */
 394 #define MAX_NODES_SHIFT         10
 395 #endif
 396
 397 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 398
 399 #if NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 400 #error NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 401 #endif
 402
 403 /* There are currently 3 zones: DMA, Normal & Highmem, thus we need 2 bits */
 404 #define MAX_ZONES_SHIFT         2
 405
 406 #if ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 407 #error ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 408 #endif
 409
 410 extern DECLARE_BITMAP(node_online_map, MAX_NUMNODES);
 411
 412 #if defined(CONFIG_DISCONTIGMEM) || defined(CONFIG_NUMA)
 413
 414 #define node_online(node)       test_bit(node, node_online_map)
 415 #define node_set_online(node)   set_bit(node, node_online_map)
 416 #define node_set_offline(node)  clear_bit(node, node_online_map)
 417 static inline unsigned int num_online_nodes(void)
 418 {
 419         int i, num = 0;
 420
 421         for(i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++){
 422                 if (node_online(i))
 423                         num++;
 424         }
 425         return num;
 426 }
 427
 428 #else /* !CONFIG_DISCONTIGMEM && !CONFIG_NUMA */
 429
 430 #define node_online(node) \
 431         ({ BUG_ON((node) != 0); test_bit(node, node_online_map); })
 432 #define node_set_online(node) \
 433         ({ BUG_ON((node) != 0); set_bit(node, node_online_map); })
 434 #define node_set_offline(node) \
 435         ({ BUG_ON((node) != 0); clear_bit(node, node_online_map); })
 436 #define num_online_nodes()      1
 437
 438 #endif /* CONFIG_DISCONTIGMEM || CONFIG_NUMA */
 439 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 440 #endif /* __KERNEL__ */
 441 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */