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