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