Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6
[linux-2.6] / 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/spinlock.h>
8 #include <linux/list.h>
9 #include <linux/wait.h>
10 #include <linux/cache.h>
11 #include <linux/threads.h>
12 #include <linux/numa.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/seqlock.h>
15 #include <linux/nodemask.h>
16 #include <asm/atomic.h>
17
18 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
19 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
20 #define MAX_ORDER 11
21 #else
22 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
23 #endif
24
25 struct free_area {
26         struct list_head        free_list;
27         unsigned long           nr_free;
28 };
29
30 struct pglist_data;
31
32 /*
33  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
34  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
35  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
36  * consumption is not a concern here.
37  */
38 #if defined(CONFIG_SMP)
39 struct zone_padding {
40         char x[0];
41 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
42 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
43 #else
44 #define ZONE_PADDING(name)
45 #endif
46
47 struct per_cpu_pages {
48         int count;              /* number of pages in the list */
49         int high;               /* high watermark, emptying needed */
50         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
51         struct list_head list;  /* the list of pages */
52 };
53
54 struct per_cpu_pageset {
55         struct per_cpu_pages pcp[2];    /* 0: hot.  1: cold */
56 #ifdef CONFIG_NUMA
57         unsigned long numa_hit;         /* allocated in intended node */
58         unsigned long numa_miss;        /* allocated in non intended node */
59         unsigned long numa_foreign;     /* was intended here, hit elsewhere */
60         unsigned long interleave_hit;   /* interleaver prefered this zone */
61         unsigned long local_node;       /* allocation from local node */
62         unsigned long other_node;       /* allocation from other node */
63 #endif
64 } ____cacheline_aligned_in_smp;
65
66 #ifdef CONFIG_NUMA
67 #define zone_pcp(__z, __cpu) ((__z)->pageset[(__cpu)])
68 #else
69 #define zone_pcp(__z, __cpu) (&(__z)->pageset[(__cpu)])
70 #endif
71
72 #define ZONE_DMA                0
73 #define ZONE_DMA32              1
74 #define ZONE_NORMAL             2
75 #define ZONE_HIGHMEM            3
76
77 #define MAX_NR_ZONES            4       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
78 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
79
80
81 /*
82  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
83  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
84  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
85  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
86  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
87  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
88  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
89  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
90  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
91  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
92  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
93  *
94  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
95  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
96  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
97  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
98  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
99  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
100  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
101  * Use the first form for GFP_ZONETYPES when the left most bit is not
102  * a "loner", otherwise use the second.
103  *
104  * NOTE! Make sure this matches the zones in <linux/gfp.h>
105  */
106 #define GFP_ZONEMASK    0x07
107 /* #define GFP_ZONETYPES       (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
108 #define GFP_ZONETYPES  ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
109
110 /*
111  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
112  * into multiple physical zones. On a 32bit PC we have 4 zones:
113  *
114  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
115  * ZONE_DMA32        0 MB       Empty
116  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
117  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
118  */
119
120 struct zone {
121         /* Fields commonly accessed by the page allocator */
122         unsigned long           free_pages;
123         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
124         /*
125          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
126          * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
127          * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
128          * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
129          * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
130          * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
131          */
132         unsigned long           lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
133
134 #ifdef CONFIG_NUMA
135         struct per_cpu_pageset  *pageset[NR_CPUS];
136 #else
137         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
138 #endif
139         /*
140          * free areas of different sizes
141          */
142         spinlock_t              lock;
143 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
144         /* see spanned/present_pages for more description */
145         seqlock_t               span_seqlock;
146 #endif
147         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
148
149
150         ZONE_PADDING(_pad1_)
151
152         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
153         spinlock_t              lru_lock;       
154         struct list_head        active_list;
155         struct list_head        inactive_list;
156         unsigned long           nr_scan_active;
157         unsigned long           nr_scan_inactive;
158         unsigned long           nr_active;
159         unsigned long           nr_inactive;
160         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
161         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
162
163         /* A count of how many reclaimers are scanning this zone */
164         atomic_t                reclaim_in_progress;
165
166         /*
167          * timestamp (in jiffies) of the last zone reclaim that did not
168          * result in freeing of pages. This is used to avoid repeated scans
169          * if all memory in the zone is in use.
170          */
171         unsigned long           last_unsuccessful_zone_reclaim;
172
173         /*
174          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
175          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
176          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
177          * invokation.
178          *
179          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
180          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
181          * pages.
182          *
183          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
184          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
185          *
186          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
187          * it is expected to average out OK.
188          */
189         int temp_priority;
190         int prev_priority;
191
192
193         ZONE_PADDING(_pad2_)
194         /* Rarely used or read-mostly fields */
195
196         /*
197          * wait_table           -- the array holding the hash table
198          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
199          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
200          *
201          * The purpose of all these is to keep track of the people
202          * waiting for a page to become available and make them
203          * runnable again when possible. The trouble is that this
204          * consumes a lot of space, especially when so few things
205          * wait on pages at a given time. So instead of using
206          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
207          *
208          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
209          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
210          * When something wakes, it must check to be sure its page is
211          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
212          * collision is great, but given the expected load of the
213          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
214          * benefits from the saved space.
215          *
216          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
217          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
218          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
219          */
220         wait_queue_head_t       * wait_table;
221         unsigned long           wait_table_size;
222         unsigned long           wait_table_bits;
223
224         /*
225          * Discontig memory support fields.
226          */
227         struct pglist_data      *zone_pgdat;
228         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
229         unsigned long           zone_start_pfn;
230
231         /*
232          * zone_start_pfn, spanned_pages and present_pages are all
233          * protected by span_seqlock.  It is a seqlock because it has
234          * to be read outside of zone->lock, and it is done in the main
235          * allocator path.  But, it is written quite infrequently.
236          *
237          * The lock is declared along with zone->lock because it is
238          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
239          * give them a chance of being in the same cacheline.
240          */
241         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
242         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
243
244         /*
245          * rarely used fields:
246          */
247         char                    *name;
248 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
249
250
251 /*
252  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
253  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
254  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
255  */
256 #define DEF_PRIORITY 12
257
258 /*
259  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
260  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
261  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
262  * priority.
263  *
264  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
265  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
266  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
267  * footprint of this construct is very small.
268  */
269 struct zonelist {
270         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
271 };
272
273
274 /*
275  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
276  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
277  * zone denotes.
278  *
279  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
280  * it's memory layout.
281  *
282  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
283  * per-zone basis.
284  */
285 struct bootmem_data;
286 typedef struct pglist_data {
287         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
288         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
289         int nr_zones;
290 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
291         struct page *node_mem_map;
292 #endif
293         struct bootmem_data *bdata;
294 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
295         /*
296          * Must be held any time you expect node_start_pfn, node_present_pages
297          * or node_spanned_pages stay constant.  Holding this will also
298          * guarantee that any pfn_valid() stays that way.
299          *
300          * Nests above zone->lock and zone->size_seqlock.
301          */
302         spinlock_t node_size_lock;
303 #endif
304         unsigned long node_start_pfn;
305         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
306         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
307                                              range, including holes */
308         int node_id;
309         wait_queue_head_t kswapd_wait;
310         struct task_struct *kswapd;
311         int kswapd_max_order;
312 } pg_data_t;
313
314 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
315 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
316 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
317 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
318 #else
319 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
320 #endif
321 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
322
323 #include <linux/memory_hotplug.h>
324
325 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
326                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
327 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
328                         unsigned long *free);
329 void build_all_zonelists(void);
330 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order);
331 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
332                 int classzone_idx, int alloc_flags);
333
334 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
335 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
336 #else
337 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
338 #endif
339
340 #ifdef CONFIG_NEED_NODE_MEMMAP_SIZE
341 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
342 #endif
343
344 /*
345  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
346  */
347 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
348
349 static inline int populated_zone(struct zone *zone)
350 {
351         return (!!zone->present_pages);
352 }
353
354 static inline int is_highmem_idx(int idx)
355 {
356         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
357 }
358
359 static inline int is_normal_idx(int idx)
360 {
361         return (idx == ZONE_NORMAL);
362 }
363
364 /**
365  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a 
366  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
367  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
368  * @zone - pointer to struct zone variable
369  */
370 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
371 {
372         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_HIGHMEM;
373 }
374
375 static inline int is_normal(struct zone *zone)
376 {
377         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_NORMAL;
378 }
379
380 static inline int is_dma32(struct zone *zone)
381 {
382         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_DMA32;
383 }
384
385 static inline int is_dma(struct zone *zone)
386 {
387         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_DMA;
388 }
389
390 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
391 struct ctl_table;
392 struct file;
393 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *, 
394                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
395 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1];
396 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
397                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
398 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
399                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
400
401 #include <linux/topology.h>
402 /* Returns the number of the current Node. */
403 #ifndef numa_node_id
404 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(raw_smp_processor_id()))
405 #endif
406
407 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
408
409 extern struct pglist_data contig_page_data;
410 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
411 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
412 #define MAX_NODES_SHIFT         1
413
414 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
415
416 #include <asm/mmzone.h>
417
418 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
419
420 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
421 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
422 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
423
424 /**
425  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
426  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
427  */
428 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
429         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
430              pgdat;                                     \
431              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
432 /**
433  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
434  * @zone - pointer to struct zone variable
435  *
436  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
437  * fills it in.
438  */
439 #define for_each_zone(zone)                             \
440         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
441              zone;                                      \
442              zone = next_zone(zone))
443
444 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
445 #include <asm/sparsemem.h>
446 #endif
447
448 #if BITS_PER_LONG == 32
449 /*
450  * with 32 bit page->flags field, we reserve 9 bits for node/zone info.
451  * there are 4 zones (3 bits) and this leaves 9-3=6 bits for nodes.
452  */
453 #define FLAGS_RESERVED          9
454
455 #elif BITS_PER_LONG == 64
456 /*
457  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
458  */
459 #define FLAGS_RESERVED          32
460
461 #else
462
463 #error BITS_PER_LONG not defined
464
465 #endif
466
467 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
468 #define early_pfn_to_nid(nid)  (0UL)
469 #endif
470
471 #ifdef CONFIG_FLATMEM
472 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
473 #endif
474
475 #define pfn_to_section_nr(pfn) ((pfn) >> PFN_SECTION_SHIFT)
476 #define section_nr_to_pfn(sec) ((sec) << PFN_SECTION_SHIFT)
477
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479
480 /*
481  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
482  *
483  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
484  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
485  */
486 #define SECTIONS_SHIFT          (MAX_PHYSMEM_BITS - SECTION_SIZE_BITS)
487
488 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
489 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
490
491 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
492
493 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
494 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
495
496 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
497 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
498 #endif
499
500 struct page;
501 struct mem_section {
502         /*
503          * This is, logically, a pointer to an array of struct
504          * pages.  However, it is stored with some other magic.
505          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
506          *
507          * Making it a UL at least makes someone do a cast
508          * before using it wrong.
509          */
510         unsigned long section_mem_map;
511 };
512
513 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
514 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
515 #else
516 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
517 #endif
518
519 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
520 #define NR_SECTION_ROOTS        (NR_MEM_SECTIONS / SECTIONS_PER_ROOT)
521 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
522
523 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
524 extern struct mem_section *mem_section[NR_SECTION_ROOTS];
525 #else
526 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
527 #endif
528
529 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
530 {
531         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
532                 return NULL;
533         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
534 }
535 extern int __section_nr(struct mem_section* ms);
536
537 /*
538  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
539  * a little bit of information.  There should be at least
540  * 3 bits here due to 32-bit alignment.
541  */
542 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
543 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
544 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<2)
545 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
546
547 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
548 {
549         unsigned long map = section->section_mem_map;
550         map &= SECTION_MAP_MASK;
551         return (struct page *)map;
552 }
553
554 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
555 {
556         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
557 }
558
559 static inline int section_has_mem_map(struct mem_section *section)
560 {
561         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
562 }
563
564 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
565 {
566         return valid_section(__nr_to_section(nr));
567 }
568
569 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
570 {
571         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
572 }
573
574 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
575 {
576         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
577                 return 0;
578         return valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
579 }
580
581 /*
582  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
583  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
584  * this restriction.
585  */
586 #ifdef CONFIG_NUMA
587 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
588 ({                                                                      \
589         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
590         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
591 })
592 #else
593 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
594 #endif
595
596 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
597 void sparse_init(void);
598 #else
599 #define sparse_init()   do {} while (0)
600 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
601 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
602
603 #ifndef early_pfn_valid
604 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
605 #endif
606
607 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
608 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
609
610 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
611 #endif /* __KERNEL__ */
612 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */