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 #if MAX_ORDER > 14
  30 #define MAX_SYS_HASH_TABLE_ORDER MAX_ORDER
  31 #else
  32 #define MAX_SYS_HASH_TABLE_ORDER 14
  33 #endif
  34
  35 struct free_area {
  36         struct list_head        free_list;
  37         unsigned long           *map;
  38 };
  39
  40 struct pglist_data;
  41
  42 /*
  43  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
  44  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
  45  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
  46  * consumption is not a concern here.
  47  */
  48 #if defined(CONFIG_SMP)
  49 struct zone_padding {
  50         int x;
  51 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
  52 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
  53 #else
  54 #define ZONE_PADDING(name)
  55 #endif
  56
  57 struct per_cpu_pages {
  58         int count;              /* number of pages in the list */
  59         int low;                /* low watermark, refill needed */
  60         int high;               /* high watermark, emptying needed */
  61         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
  62         struct list_head list;  /* the list of pages */
  63 };
  64
  65 struct per_cpu_pageset {
  66         struct per_cpu_pages pcp[2];    /* 0: hot.  1: cold */
  67 #ifdef CONFIG_NUMA
  68         unsigned long numa_hit;         /* allocated in intended node */
  69         unsigned long numa_miss;        /* allocated in non intended node */
  70         unsigned long numa_foreign;     /* was intended here, hit elsewhere */
  71         unsigned long interleave_hit;   /* interleaver prefered this zone */
  72         unsigned long local_node;       /* allocation from local node */
  73         unsigned long other_node;       /* allocation from other node */
  74 #endif
  75 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  76
  77 #define ZONE_DMA                0
  78 #define ZONE_NORMAL             1
  79 #define ZONE_HIGHMEM            2
  80
  81 #define MAX_NR_ZONES            3       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
  82 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
  83
  84
  85 /*
  86  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
  87  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
  88  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
  89  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
  90  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
  91  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
  92  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
  93  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
  94  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
  95  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
  96  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
  97  */
  98 #define GFP_ZONEMASK    0x03
  99 /*
 100  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
 101  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
 102  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
 103  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
 104  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
 105  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
 106  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
 107  * Use the first form when the left most bit is not a "loner", otherwise
 108  * use the second.
 109  */
 110 /* #define GFP_ZONETYPES        (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
 111 #define GFP_ZONETYPES   ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
 112
 113 /*
 114  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
 115  * into multiple physical zones. On a PC we have 3 zones:
 116  *
 117  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
 118  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
 119  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
 120  */
 121
 122 struct zone {
 123         /*
 124          * Commonly accessed fields:
 125          */
 126         spinlock_t              lock;
 127         unsigned long           free_pages;
 128         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
 129         /*
 130          * protection[] is a pre-calculated number of extra pages that must be
 131          * available in a zone in order for __alloc_pages() to allocate memory
 132          * from the zone. i.e., for a GFP_KERNEL alloc of "order" there must
 133          * be "(1<<order) + protection[ZONE_NORMAL]" free pages in the zone
 134          * for us to choose to allocate the page from that zone.
 135          *
 136          * It uses both min_free_kbytes and sysctl_lower_zone_protection.
 137          * The protection values are recalculated if either of these values
 138          * change.  The array elements are in zonelist order:
 139          *      [0] == GFP_DMA, [1] == GFP_KERNEL, [2] == GFP_HIGHMEM.
 140          */
 141         unsigned long           protection[MAX_NR_ZONES];
 142
 143         ZONE_PADDING(_pad1_)
 144
 145         spinlock_t              lru_lock;
 146         struct list_head        active_list;
 147         struct list_head        inactive_list;
 148         unsigned long           nr_scan_active;
 149         unsigned long           nr_scan_inactive;
 150         unsigned long           nr_active;
 151         unsigned long           nr_inactive;
 152         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
 153         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
 154
 155         ZONE_PADDING(_pad2_)
 156
 157         /*
 158          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
 159          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
 160          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
 161          * invokation.
 162          *
 163          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
 164          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
 165          * pages.
 166          *
 167          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
 168          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
 169          *
 170          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
 171          * it is expected to average out OK.
 172          */
 173         int temp_priority;
 174         int prev_priority;
 175
 176         /*
 177          * free areas of different sizes
 178          */
 179         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
 180
 181         /*
 182          * wait_table           -- the array holding the hash table
 183          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
 184          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
 185          *
 186          * The purpose of all these is to keep track of the people
 187          * waiting for a page to become available and make them
 188          * runnable again when possible. The trouble is that this
 189          * consumes a lot of space, especially when so few things
 190          * wait on pages at a given time. So instead of using
 191          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
 192          *
 193          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
 194          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
 195          * When something wakes, it must check to be sure its page is
 196          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
 197          * collision is great, but given the expected load of the
 198          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
 199          * benefits from the saved space.
 200          *
 201          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
 202          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
 203          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
 204          */
 205         wait_queue_head_t       * wait_table;
 206         unsigned long           wait_table_size;
 207         unsigned long           wait_table_bits;
 208
 209         ZONE_PADDING(_pad3_)
 210
 211         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
 212
 213         /*
 214          * Discontig memory support fields.
 215          */
 216         struct pglist_data      *zone_pgdat;
 217         struct page             *zone_mem_map;
 218         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
 219         unsigned long           zone_start_pfn;
 220
 221         /*
 222          * rarely used fields:
 223          */
 224         char                    *name;
 225         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
 226         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
 227 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
 228
 229
 230 /*
 231  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
 232  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
 233  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
 234  */
 235 #define DEF_PRIORITY 12
 236
 237 /*
 238  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
 239  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
 240  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
 241  * priority.
 242  *
 243  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
 244  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
 245  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
 246  * footprint of this construct is very small.
 247  */
 248 struct zonelist {
 249         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
 250 };
 251
 252
 253 /*
 254  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
 255  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
 256  * zone denotes.
 257  *
 258  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
 259  * it's memory layout.
 260  *
 261  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
 262  * per-zone basis.
 263  */
 264 struct bootmem_data;
 265 typedef struct pglist_data {
 266         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
 267         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
 268         int nr_zones;
 269         struct page *node_mem_map;
 270         struct bootmem_data *bdata;
 271         unsigned long node_start_pfn;
 272         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
 273         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
 274                                              range, including holes */
 275         int node_id;
 276         struct pglist_data *pgdat_next;
 277         wait_queue_head_t       kswapd_wait;
 278         struct task_struct *kswapd;
 279 } pg_data_t;
 280
 281 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
 282 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
 283
 284 extern int numnodes;
 285 extern struct pglist_data *pgdat_list;
 286
 287 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 288                         unsigned long *free);
 289 void build_all_zonelists(void);
 290 void wakeup_kswapd(struct zone *zone);
 291
 292 /*
 293  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
 294  */
 295 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
 296
 297 /**
 298  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
 299  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
 300  *
 301  * Meant to help with common loops of the form
 302  * pgdat = pgdat_list;
 303  * while(pgdat) {
 304  *      ...
 305  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
 306  * }
 307  */
 308 #define for_each_pgdat(pgdat) \
 309         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
 310
 311 /*
 312  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
 313  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
 314  */
 315 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
 316 {
 317         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
 318
 319         if (zone - pgdat->node_zones < MAX_NR_ZONES - 1)
 320                 zone++;
 321         else if (pgdat->pgdat_next) {
 322                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
 323                 zone = pgdat->node_zones;
 324         } else
 325                 zone = NULL;
 326
 327         return zone;
 328 }
 329
 330 /**
 331  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
 332  * @zone - pointer to struct zone variable
 333  *
 334  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
 335  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
 336  * easier to read version of this piece of code:
 337  *
 338  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
 339  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
 340  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
 341  *              ...
 342  *      }
 343  * }
 344  */
 345 #define for_each_zone(zone) \
 346         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
 347
 348 static inline int is_highmem_idx(int idx)
 349 {
 350         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
 351 }
 352
 353 static inline int is_normal_idx(int idx)
 354 {
 355         return (idx == ZONE_NORMAL);
 356 }
 357 /**
 358  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
 359  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
 360  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
 361  * @zone - pointer to struct zone variable
 362  */
 363 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
 364 {
 365         return (is_highmem_idx(zone - zone->zone_pgdat->node_zones));
 366 }
 367
 368 static inline int is_normal(struct zone *zone)
 369 {
 370         return (is_normal_idx(zone - zone->zone_pgdat->node_zones));
 371 }
 372
 373 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
 374 struct ctl_table;
 375 struct file;
 376 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 377                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
 378 int lower_zone_protection_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 379                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
 380
 381 #include <linux/topology.h>
 382 /* Returns the number of the current Node. */
 383 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(smp_processor_id()))
 384
 385 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 386
 387 extern struct pglist_data contig_page_data;
 388 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
 389 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
 390 #define MAX_NODES_SHIFT         1
 391 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
 392
 393 #else /* CONFIG_DISCONTIGMEM */
 394
 395 #include <asm/mmzone.h>
 396
 397 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
 398 /*
 399  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
 400  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
 401  */
 402 #define MAX_NODES_SHIFT         6
 403 #elif BITS_PER_LONG == 64
 404 /*
 405  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
 406  */
 407 #define MAX_NODES_SHIFT         10
 408 #endif
 409
 410 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 411
 412 #if NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 413 #error NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 414 #endif
 415
 416 /* There are currently 3 zones: DMA, Normal & Highmem, thus we need 2 bits */
 417 #define MAX_ZONES_SHIFT         2
 418
 419 #if ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 420 #error ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 421 #endif
 422
 423 extern DECLARE_BITMAP(node_online_map, MAX_NUMNODES);
 424
 425 #if defined(CONFIG_DISCONTIGMEM) || defined(CONFIG_NUMA)
 426
 427 #define node_online(node)       test_bit(node, node_online_map)
 428 #define node_set_online(node)   set_bit(node, node_online_map)
 429 #define node_set_offline(node)  clear_bit(node, node_online_map)
 430 static inline unsigned int num_online_nodes(void)
 431 {
 432         int i, num = 0;
 433
 434         for(i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++){
 435                 if (node_online(i))
 436                         num++;
 437         }
 438         return num;
 439 }
 440
 441 #else /* !CONFIG_DISCONTIGMEM && !CONFIG_NUMA */
 442
 443 #define node_online(node) \
 444         ({ BUG_ON((node) != 0); test_bit(node, node_online_map); })
 445 #define node_set_online(node) \
 446         ({ BUG_ON((node) != 0); set_bit(node, node_online_map); })
 447 #define node_set_offline(node) \
 448         ({ BUG_ON((node) != 0); clear_bit(node, node_online_map); })
 449 #define num_online_nodes()      1
 450
 451 #endif /* CONFIG_DISCONTIGMEM || CONFIG_NUMA */
 452 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 453 #endif /* __KERNEL__ */
 454 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */