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