mm/bootmem.c

   1 /*
   2  *  linux/mm/bootmem.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1999 Ingo Molnar
   5  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
   6  *
   7  *  simple boot-time physical memory area allocator and
   8  *  free memory collector. It's used to deal with reserved
   9  *  system memory and memory holes as well.
  10  */
  11
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/kernel_stat.h>
  14 #include <linux/swap.h>
  15 #include <linux/interrupt.h>
  16 #include <linux/init.h>
  17 #include <linux/bootmem.h>
  18 #include <linux/mmzone.h>
  19 #include <linux/module.h>
  20 #include <asm/dma.h>
  21 #include <asm/io.h>
  22
  23 /*
  24  * Access to this subsystem has to be serialized externally. (this is
  25  * true for the boot process anyway)
  26  */
  27 unsigned long max_low_pfn;
  28 unsigned long min_low_pfn;
  29 unsigned long max_pfn;
  30
  31 EXPORT_SYMBOL(max_pfn);         /* This is exported so
  32                                  * dma_get_required_mask(), which uses
  33                                  * it, can be an inline function */
  34
  35 /* return the number of _pages_ that will be allocated for the boot bitmap */
  36 unsigned long __init bootmem_bootmap_pages (unsigned long pages)
  37 {
  38         unsigned long mapsize;
  39
  40         mapsize = (pages+7)/8;
  41         mapsize = (mapsize + ~PAGE_MASK) & PAGE_MASK;
  42         mapsize >>= PAGE_SHIFT;
  43
  44         return mapsize;
  45 }
  46
  47 /*
  48  * Called once to set up the allocator itself.
  49  */
  50 static unsigned long __init init_bootmem_core (pg_data_t *pgdat,
  51         unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
  52 {
  53         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
  54         unsigned long mapsize = ((end - start)+7)/8;
  55
  56         pgdat->pgdat_next = pgdat_list;
  57         pgdat_list = pgdat;
  58
  59         mapsize = (mapsize + (sizeof(long) - 1UL)) & ~(sizeof(long) - 1UL);
  60         bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(mapstart << PAGE_SHIFT);
  61         bdata->node_boot_start = (start << PAGE_SHIFT);
  62         bdata->node_low_pfn = end;
  63
  64         /*
  65          * Initially all pages are reserved - setup_arch() has to
  66          * register free RAM areas explicitly.
  67          */
  68         memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);
  69
  70         return mapsize;
  71 }
  72
  73 /*
  74  * Marks a particular physical memory range as unallocatable. Usable RAM
  75  * might be used for boot-time allocations - or it might get added
  76  * to the free page pool later on.
  77  */
  78 static void __init reserve_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr, unsigned long size)
  79 {
  80         unsigned long i;
  81         /*
  82          * round up, partially reserved pages are considered
  83          * fully reserved.
  84          */
  85         unsigned long sidx = (addr - bdata->node_boot_start)/PAGE_SIZE;
  86         unsigned long eidx = (addr + size - bdata->node_boot_start +
  87                                                         PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
  88         unsigned long end = (addr + size + PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
  89
  90         BUG_ON(!size);
  91         BUG_ON(sidx >= eidx);
  92         BUG_ON((addr >> PAGE_SHIFT) >= bdata->node_low_pfn);
  93         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
  94
  95         for (i = sidx; i < eidx; i++)
  96                 if (test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)) {
  97 #ifdef CONFIG_DEBUG_BOOTMEM
  98                         printk("hm, page %08lx reserved twice.\n", i*PAGE_SIZE);
  99 #endif
 100                 }
 101 }
 102
 103 static void __init free_bootmem_core(bootmem_data_t *bdata, unsigned long addr, unsigned long size)
 104 {
 105         unsigned long i;
 106         unsigned long start;
 107         /*
 108          * round down end of usable mem, partially free pages are
 109          * considered reserved.
 110          */
 111         unsigned long sidx;
 112         unsigned long eidx = (addr + size - bdata->node_boot_start)/PAGE_SIZE;
 113         unsigned long end = (addr + size)/PAGE_SIZE;
 114
 115         BUG_ON(!size);
 116         BUG_ON(end > bdata->node_low_pfn);
 117
 118         if (addr < bdata->last_success)
 119                 bdata->last_success = addr;
 120
 121         /*
 122          * Round up the beginning of the address.
 123          */
 124         start = (addr + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
 125         sidx = start - (bdata->node_boot_start/PAGE_SIZE);
 126
 127         for (i = sidx; i < eidx; i++) {
 128                 if (unlikely(!test_and_clear_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
 129                         BUG();
 130         }
 131 }
 132
 133 /*
 134  * We 'merge' subsequent allocations to save space. We might 'lose'
 135  * some fraction of a page if allocations cannot be satisfied due to
 136  * size constraints on boxes where there is physical RAM space
 137  * fragmentation - in these cases (mostly large memory boxes) this
 138  * is not a problem.
 139  *
 140  * On low memory boxes we get it right in 100% of the cases.
 141  *
 142  * alignment has to be a power of 2 value.
 143  *
 144  * NOTE:  This function is _not_ reentrant.
 145  */
 146 static void * __init
 147 __alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
 148                 unsigned long align, unsigned long goal)
 149 {
 150         unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
 151         unsigned long i, start = 0, incr, eidx;
 152         void *ret;
 153
 154         if(!size) {
 155                 printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
 156                 BUG();
 157         }
 158         BUG_ON(align & (align-1));
 159
 160         eidx = bdata->node_low_pfn - (bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT);
 161         offset = 0;
 162         if (align &&
 163             (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
 164                 offset = (align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)));
 165         offset >>= PAGE_SHIFT;
 166
 167         /*
 168          * We try to allocate bootmem pages above 'goal'
 169          * first, then we try to allocate lower pages.
 170          */
 171         if (goal && (goal >= bdata->node_boot_start) &&
 172             ((goal >> PAGE_SHIFT) < bdata->node_low_pfn)) {
 173                 preferred = goal - bdata->node_boot_start;
 174
 175                 if (bdata->last_success >= preferred)
 176                         preferred = bdata->last_success;
 177         } else
 178                 preferred = 0;
 179
 180         preferred = ((preferred + align - 1) & ~(align - 1)) >> PAGE_SHIFT;
 181         preferred += offset;
 182         areasize = (size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
 183         incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;
 184
 185 restart_scan:
 186         for (i = preferred; i < eidx; i += incr) {
 187                 unsigned long j;
 188                 i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
 189                 i = ALIGN(i, incr);
 190                 if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
 191                         continue;
 192                 for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
 193                         if (j >= eidx)
 194                                 goto fail_block;
 195                         if (test_bit (j, bdata->node_bootmem_map))
 196                                 goto fail_block;
 197                 }
 198                 start = i;
 199                 goto found;
 200         fail_block:
 201                 i = ALIGN(j, incr);
 202         }
 203
 204         if (preferred > offset) {
 205                 preferred = offset;
 206                 goto restart_scan;
 207         }
 208         return NULL;
 209
 210 found:
 211         bdata->last_success = start << PAGE_SHIFT;
 212         BUG_ON(start >= eidx);
 213
 214         /*
 215          * Is the next page of the previous allocation-end the start
 216          * of this allocation's buffer? If yes then we can 'merge'
 217          * the previous partial page with this allocation.
 218          */
 219         if (align < PAGE_SIZE &&
 220             bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
 221                 offset = (bdata->last_offset+align-1) & ~(align-1);
 222                 BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
 223                 remaining_size = PAGE_SIZE-offset;
 224                 if (size < remaining_size) {
 225                         areasize = 0;
 226                         /* last_pos unchanged */
 227                         bdata->last_offset = offset+size;
 228                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
 229                                                 bdata->node_boot_start);
 230                 } else {
 231                         remaining_size = size - remaining_size;
 232                         areasize = (remaining_size+PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE;
 233                         ret = phys_to_virt(bdata->last_pos*PAGE_SIZE + offset +
 234                                                 bdata->node_boot_start);
 235                         bdata->last_pos = start+areasize-1;
 236                         bdata->last_offset = remaining_size;
 237                 }
 238                 bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
 239         } else {
 240                 bdata->last_pos = start + areasize - 1;
 241                 bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
 242                 ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
 243         }
 244
 245         /*
 246          * Reserve the area now:
 247          */
 248         for (i = start; i < start+areasize; i++)
 249                 if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
 250                         BUG();
 251         memset(ret, 0, size);
 252         return ret;
 253 }
 254
 255 static unsigned long __init free_all_bootmem_core(pg_data_t *pgdat)
 256 {
 257         struct page *page;
 258         bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
 259         unsigned long i, count, total = 0;
 260         unsigned long idx;
 261         unsigned long *map;
 262         int gofast = 0;
 263
 264         BUG_ON(!bdata->node_bootmem_map);
 265
 266         count = 0;
 267         /* first extant page of the node */
 268         page = virt_to_page(phys_to_virt(bdata->node_boot_start));
 269         idx = bdata->node_low_pfn - (bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT);
 270         map = bdata->node_bootmem_map;
 271         /* Check physaddr is O(LOG2(BITS_PER_LONG)) page aligned */
 272         if (bdata->node_boot_start == 0 ||
 273             ffs(bdata->node_boot_start) - PAGE_SHIFT > ffs(BITS_PER_LONG))
 274                 gofast = 1;
 275         for (i = 0; i < idx; ) {
 276                 unsigned long v = ~map[i / BITS_PER_LONG];
 277                 if (gofast && v == ~0UL) {
 278                         int j;
 279
 280                         count += BITS_PER_LONG;
 281                         __ClearPageReserved(page);
 282                         set_page_count(page, 1);
 283                         for (j = 1; j < BITS_PER_LONG; j++) {
 284                                 if (j + 16 < BITS_PER_LONG)
 285                                         prefetchw(page + j + 16);
 286                                 __ClearPageReserved(page + j);
 287                         }
 288                         __free_pages(page, ffs(BITS_PER_LONG)-1);
 289                         i += BITS_PER_LONG;
 290                         page += BITS_PER_LONG;
 291                 } else if (v) {
 292                         unsigned long m;
 293                         for (m = 1; m && i < idx; m<<=1, page++, i++) {
 294                                 if (v & m) {
 295                                         count++;
 296                                         __ClearPageReserved(page);
 297                                         set_page_count(page, 1);
 298                                         __free_page(page);
 299                                 }
 300                         }
 301                 } else {
 302                         i+=BITS_PER_LONG;
 303                         page += BITS_PER_LONG;
 304                 }
 305         }
 306         total += count;
 307
 308         /*
 309          * Now free the allocator bitmap itself, it's not
 310          * needed anymore:
 311          */
 312         page = virt_to_page(bdata->node_bootmem_map);
 313         count = 0;
 314         for (i = 0; i < ((bdata->node_low_pfn-(bdata->node_boot_start >> PAGE_SHIFT))/8 + PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE; i++,page++) {
 315                 count++;
 316                 __ClearPageReserved(page);
 317                 set_page_count(page, 1);
 318                 __free_page(page);
 319         }
 320         total += count;
 321         bdata->node_bootmem_map = NULL;
 322
 323         return total;
 324 }
 325
 326 unsigned long __init init_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long freepfn, unsigned long startpfn, unsigned long endpfn)
 327 {
 328         return(init_bootmem_core(pgdat, freepfn, startpfn, endpfn));
 329 }
 330
 331 void __init reserve_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
 332 {
 333         reserve_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
 334 }
 335
 336 void __init free_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long physaddr, unsigned long size)
 337 {
 338         free_bootmem_core(pgdat->bdata, physaddr, size);
 339 }
 340
 341 unsigned long __init free_all_bootmem_node (pg_data_t *pgdat)
 342 {
 343         return(free_all_bootmem_core(pgdat));
 344 }
 345
 346 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 347 unsigned long __init init_bootmem (unsigned long start, unsigned long pages)
 348 {
 349         max_low_pfn = pages;
 350         min_low_pfn = start;
 351         return(init_bootmem_core(&contig_page_data, start, 0, pages));
 352 }
 353
 354 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE
 355 void __init reserve_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
 356 {
 357         reserve_bootmem_core(contig_page_data.bdata, addr, size);
 358 }
 359 #endif /* !CONFIG_HAVE_ARCH_BOOTMEM_NODE */
 360
 361 void __init free_bootmem (unsigned long addr, unsigned long size)
 362 {
 363         free_bootmem_core(contig_page_data.bdata, addr, size);
 364 }
 365
 366 unsigned long __init free_all_bootmem (void)
 367 {
 368         return(free_all_bootmem_core(&contig_page_data));
 369 }
 370 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 371
 372 void * __init __alloc_bootmem (unsigned long size, unsigned long align, unsigned long goal)
 373 {
 374         pg_data_t *pgdat = pgdat_list;
 375         void *ptr;
 376
 377         for_each_pgdat(pgdat)
 378                 if ((ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size,
 379                                                 align, goal)))
 380                         return(ptr);
 381
 382         /*
 383          * Whoops, we cannot satisfy the allocation request.
 384          */
 385         printk(KERN_ALERT "bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
 386         panic("Out of memory");
 387         return NULL;
 388 }
 389
 390 void * __init __alloc_bootmem_node (pg_data_t *pgdat, unsigned long size, unsigned long align, unsigned long goal)
 391 {
 392         void *ptr;
 393
 394         ptr = __alloc_bootmem_core(pgdat->bdata, size, align, goal);
 395         if (ptr)
 396                 return (ptr);
 397
 398         return __alloc_bootmem(size, align, goal);
 399 }
 400