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         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          * protection[] is a pre-calculated number of extra pages that must be
 116          * available in a zone in order for __alloc_pages() to allocate memory
 117          * from the zone. i.e., for a GFP_KERNEL alloc of "order" there must
 118          * be "(1<<order) + protection[ZONE_NORMAL]" free pages in the zone
 119          * for us to choose to allocate the page from that zone.
 120          *
 121          * It uses both min_free_kbytes and sysctl_lower_zone_protection.
 122          * The protection values are recalculated if either of these values
 123          * change.  The array elements are in zonelist order:
 124          *      [0] == GFP_DMA, [1] == GFP_KERNEL, [2] == GFP_HIGHMEM.
 125          */
 126         unsigned long           protection[MAX_NR_ZONES];
 127
 128         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
 129
 130         /*
 131          * free areas of different sizes
 132          */
 133         spinlock_t              lock;
 134         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
 135
 136
 137         ZONE_PADDING(_pad1_)
 138
 139         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
 140         spinlock_t              lru_lock;
 141         struct list_head        active_list;
 142         struct list_head        inactive_list;
 143         unsigned long           nr_scan_active;
 144         unsigned long           nr_scan_inactive;
 145         unsigned long           nr_active;
 146         unsigned long           nr_inactive;
 147         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
 148         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
 149
 150         /*
 151          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
 152          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
 153          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
 154          * invokation.
 155          *
 156          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
 157          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
 158          * pages.
 159          *
 160          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
 161          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
 162          *
 163          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
 164          * it is expected to average out OK.
 165          */
 166         int temp_priority;
 167         int prev_priority;
 168
 169
 170         ZONE_PADDING(_pad2_)
 171         /* Rarely used or read-mostly fields */
 172
 173         /*
 174          * wait_table           -- the array holding the hash table
 175          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
 176          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
 177          *
 178          * The purpose of all these is to keep track of the people
 179          * waiting for a page to become available and make them
 180          * runnable again when possible. The trouble is that this
 181          * consumes a lot of space, especially when so few things
 182          * wait on pages at a given time. So instead of using
 183          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
 184          *
 185          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
 186          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
 187          * When something wakes, it must check to be sure its page is
 188          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
 189          * collision is great, but given the expected load of the
 190          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
 191          * benefits from the saved space.
 192          *
 193          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
 194          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
 195          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
 196          */
 197         wait_queue_head_t       * wait_table;
 198         unsigned long           wait_table_size;
 199         unsigned long           wait_table_bits;
 200
 201         /*
 202          * Discontig memory support fields.
 203          */
 204         struct pglist_data      *zone_pgdat;
 205         struct page             *zone_mem_map;
 206         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
 207         unsigned long           zone_start_pfn;
 208
 209         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
 210         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
 211
 212         /*
 213          * rarely used fields:
 214          */
 215         char                    *name;
 216 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
 217
 218
 219 /*
 220  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
 221  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
 222  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
 223  */
 224 #define DEF_PRIORITY 12
 225
 226 /*
 227  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
 228  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
 229  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
 230  * priority.
 231  *
 232  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
 233  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
 234  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
 235  * footprint of this construct is very small.
 236  */
 237 struct zonelist {
 238         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
 239 };
 240
 241
 242 /*
 243  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
 244  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
 245  * zone denotes.
 246  *
 247  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
 248  * it's memory layout.
 249  *
 250  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
 251  * per-zone basis.
 252  */
 253 struct bootmem_data;
 254 typedef struct pglist_data {
 255         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
 256         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
 257         int nr_zones;
 258         struct page *node_mem_map;
 259         struct bootmem_data *bdata;
 260         unsigned long node_start_pfn;
 261         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
 262         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
 263                                              range, including holes */
 264         int node_id;
 265         struct pglist_data *pgdat_next;
 266         wait_queue_head_t       kswapd_wait;
 267         struct task_struct *kswapd;
 268 } pg_data_t;
 269
 270 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
 271 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
 272
 273 extern int numnodes;
 274 extern struct pglist_data *pgdat_list;
 275
 276 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 277                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
 278 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 279                         unsigned long *free);
 280 void build_all_zonelists(void);
 281 void wakeup_kswapd(struct zone *zone);
 282
 283 /*
 284  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
 285  */
 286 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
 287
 288 /**
 289  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
 290  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
 291  *
 292  * Meant to help with common loops of the form
 293  * pgdat = pgdat_list;
 294  * while(pgdat) {
 295  *      ...
 296  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
 297  * }
 298  */
 299 #define for_each_pgdat(pgdat) \
 300         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
 301
 302 /*
 303  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
 304  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
 305  */
 306 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
 307 {
 308         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
 309
 310         if (zone - pgdat->node_zones < MAX_NR_ZONES - 1)
 311                 zone++;
 312         else if (pgdat->pgdat_next) {
 313                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
 314                 zone = pgdat->node_zones;
 315         } else
 316                 zone = NULL;
 317
 318         return zone;
 319 }
 320
 321 /**
 322  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
 323  * @zone - pointer to struct zone variable
 324  *
 325  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
 326  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
 327  * easier to read version of this piece of code:
 328  *
 329  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
 330  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
 331  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
 332  *              ...
 333  *      }
 334  * }
 335  */
 336 #define for_each_zone(zone) \
 337         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
 338
 339 static inline int is_highmem_idx(int idx)
 340 {
 341         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
 342 }
 343
 344 static inline int is_normal_idx(int idx)
 345 {
 346         return (idx == ZONE_NORMAL);
 347 }
 348 /**
 349  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
 350  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
 351  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
 352  * @zone - pointer to struct zone variable
 353  */
 354 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
 355 {
 356         return (is_highmem_idx(zone - zone->zone_pgdat->node_zones));
 357 }
 358
 359 static inline int is_normal(struct zone *zone)
 360 {
 361         return (is_normal_idx(zone - zone->zone_pgdat->node_zones));
 362 }
 363
 364 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
 365 struct ctl_table;
 366 struct file;
 367 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 368                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
 369 int lower_zone_protection_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 370                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
 371
 372 #include <linux/topology.h>
 373 /* Returns the number of the current Node. */
 374 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(smp_processor_id()))
 375
 376 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 377
 378 extern struct pglist_data contig_page_data;
 379 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
 380 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
 381 #define MAX_NODES_SHIFT         1
 382 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
 383
 384 #else /* CONFIG_DISCONTIGMEM */
 385
 386 #include <asm/mmzone.h>
 387
 388 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
 389 /*
 390  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
 391  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
 392  */
 393 #define MAX_NODES_SHIFT         6
 394 #elif BITS_PER_LONG == 64
 395 /*
 396  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
 397  */
 398 #define MAX_NODES_SHIFT         10
 399 #endif
 400
 401 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 402
 403 #if NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 404 #error NODES_SHIFT > MAX_NODES_SHIFT
 405 #endif
 406
 407 /* There are currently 3 zones: DMA, Normal & Highmem, thus we need 2 bits */
 408 #define MAX_ZONES_SHIFT         2
 409
 410 #if ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 411 #error ZONES_SHIFT > MAX_ZONES_SHIFT
 412 #endif
 413
 414 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 415 #endif /* __KERNEL__ */
 416 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */