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