x86: only support sparsemem
[linux-2.6] / arch / x86 / mm / numa_64.c
1 /*
2  * Generic VM initialization for x86-64 NUMA setups.
3  * Copyright 2002,2003 Andi Kleen, SuSE Labs.
4  */
5 #include <linux/kernel.h>
6 #include <linux/mm.h>
7 #include <linux/string.h>
8 #include <linux/init.h>
9 #include <linux/bootmem.h>
10 #include <linux/mmzone.h>
11 #include <linux/ctype.h>
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/nodemask.h>
14 #include <linux/sched.h>
15
16 #include <asm/e820.h>
17 #include <asm/proto.h>
18 #include <asm/dma.h>
19 #include <asm/numa.h>
20 #include <asm/acpi.h>
21 #include <asm/k8.h>
22
23 #ifndef Dprintk
24 #define Dprintk(x...)
25 #endif
26
27 struct pglist_data *node_data[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
28 EXPORT_SYMBOL(node_data);
29
30 bootmem_data_t plat_node_bdata[MAX_NUMNODES];
31
32 struct memnode memnode;
33
34 u16 x86_cpu_to_node_map_init[NR_CPUS] = {
35         [0 ... NR_CPUS-1] = NUMA_NO_NODE
36 };
37 void *x86_cpu_to_node_map_early_ptr;
38 DEFINE_PER_CPU(u16, x86_cpu_to_node_map) = NUMA_NO_NODE;
39 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(x86_cpu_to_node_map);
40 #ifdef  CONFIG_DEBUG_PER_CPU_MAPS
41 EXPORT_SYMBOL(x86_cpu_to_node_map_early_ptr);
42 #endif
43
44 u16 apicid_to_node[MAX_LOCAL_APIC] __cpuinitdata = {
45         [0 ... MAX_LOCAL_APIC-1] = NUMA_NO_NODE
46 };
47
48 cpumask_t node_to_cpumask_map[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
49 EXPORT_SYMBOL(node_to_cpumask_map);
50
51 int numa_off __initdata;
52 unsigned long __initdata nodemap_addr;
53 unsigned long __initdata nodemap_size;
54
55 /*
56  * Given a shift value, try to populate memnodemap[]
57  * Returns :
58  * 1 if OK
59  * 0 if memnodmap[] too small (of shift too small)
60  * -1 if node overlap or lost ram (shift too big)
61  */
62 static int __init populate_memnodemap(const struct bootnode *nodes,
63                                       int numnodes, int shift)
64 {
65         unsigned long addr, end;
66         int i, res = -1;
67
68         memset(memnodemap, 0xff, memnodemapsize);
69         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
70                 addr = nodes[i].start;
71                 end = nodes[i].end;
72                 if (addr >= end)
73                         continue;
74                 if ((end >> shift) >= memnodemapsize)
75                         return 0;
76                 do {
77                         if (memnodemap[addr >> shift] != 0xff)
78                                 return -1;
79                         memnodemap[addr >> shift] = i;
80                         addr += (1UL << shift);
81                 } while (addr < end);
82                 res = 1;
83         }
84         return res;
85 }
86
87 static int __init allocate_cachealigned_memnodemap(void)
88 {
89         unsigned long pad, pad_addr;
90
91         memnodemap = memnode.embedded_map;
92         if (memnodemapsize <= ARRAY_SIZE(memnode.embedded_map))
93                 return 0;
94
95         pad = L1_CACHE_BYTES - 1;
96         pad_addr = 0x8000;
97         nodemap_size = pad + memnodemapsize;
98         nodemap_addr = find_e820_area(pad_addr, end_pfn<<PAGE_SHIFT,
99                                       nodemap_size);
100         if (nodemap_addr == -1UL) {
101                 printk(KERN_ERR
102                        "NUMA: Unable to allocate Memory to Node hash map\n");
103                 nodemap_addr = nodemap_size = 0;
104                 return -1;
105         }
106         pad_addr = (nodemap_addr + pad) & ~pad;
107         memnodemap = phys_to_virt(pad_addr);
108         reserve_early(nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size);
109
110         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Allocated memnodemap from %lx - %lx\n",
111                nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size);
112         return 0;
113 }
114
115 /*
116  * The LSB of all start and end addresses in the node map is the value of the
117  * maximum possible shift.
118  */
119 static int __init extract_lsb_from_nodes(const struct bootnode *nodes,
120                                          int numnodes)
121 {
122         int i, nodes_used = 0;
123         unsigned long start, end;
124         unsigned long bitfield = 0, memtop = 0;
125
126         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
127                 start = nodes[i].start;
128                 end = nodes[i].end;
129                 if (start >= end)
130                         continue;
131                 bitfield |= start;
132                 nodes_used++;
133                 if (end > memtop)
134                         memtop = end;
135         }
136         if (nodes_used <= 1)
137                 i = 63;
138         else
139                 i = find_first_bit(&bitfield, sizeof(unsigned long)*8);
140         memnodemapsize = (memtop >> i)+1;
141         return i;
142 }
143
144 int __init compute_hash_shift(struct bootnode *nodes, int numnodes)
145 {
146         int shift;
147
148         shift = extract_lsb_from_nodes(nodes, numnodes);
149         if (allocate_cachealigned_memnodemap())
150                 return -1;
151         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Using %d for the hash shift.\n",
152                 shift);
153
154         if (populate_memnodemap(nodes, numnodes, shift) != 1) {
155                 printk(KERN_INFO "Your memory is not aligned you need to "
156                        "rebuild your kernel with a bigger NODEMAPSIZE "
157                        "shift=%d\n", shift);
158                 return -1;
159         }
160         return shift;
161 }
162
163 int early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
164 {
165         return phys_to_nid(pfn << PAGE_SHIFT);
166 }
167
168 static void * __init early_node_mem(int nodeid, unsigned long start,
169                                     unsigned long end, unsigned long size)
170 {
171         unsigned long mem = find_e820_area(start, end, size);
172         void *ptr;
173
174         if (mem != -1L)
175                 return __va(mem);
176         ptr = __alloc_bootmem_nopanic(size,
177                                 SMP_CACHE_BYTES, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
178         if (ptr == NULL) {
179                 printk(KERN_ERR "Cannot find %lu bytes in node %d\n",
180                        size, nodeid);
181                 return NULL;
182         }
183         return ptr;
184 }
185
186 /* Initialize bootmem allocator for a node */
187 void __init setup_node_bootmem(int nodeid, unsigned long start,
188                                unsigned long end)
189 {
190         unsigned long start_pfn, end_pfn, bootmap_pages, bootmap_size;
191         unsigned long bootmap_start, nodedata_phys;
192         void *bootmap;
193         const int pgdat_size = round_up(sizeof(pg_data_t), PAGE_SIZE);
194
195         start = round_up(start, ZONE_ALIGN);
196
197         printk(KERN_INFO "Bootmem setup node %d %016lx-%016lx\n", nodeid,
198                start, end);
199
200         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
201         end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
202
203         node_data[nodeid] = early_node_mem(nodeid, start, end, pgdat_size);
204         if (node_data[nodeid] == NULL)
205                 return;
206         nodedata_phys = __pa(node_data[nodeid]);
207
208         memset(NODE_DATA(nodeid), 0, sizeof(pg_data_t));
209         NODE_DATA(nodeid)->bdata = &plat_node_bdata[nodeid];
210         NODE_DATA(nodeid)->node_start_pfn = start_pfn;
211         NODE_DATA(nodeid)->node_spanned_pages = end_pfn - start_pfn;
212
213         /* Find a place for the bootmem map */
214         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
215         bootmap_start = round_up(nodedata_phys + pgdat_size, PAGE_SIZE);
216         bootmap = early_node_mem(nodeid, bootmap_start, end,
217                                         bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
218         if (bootmap == NULL)  {
219                 if (nodedata_phys < start || nodedata_phys >= end)
220                         free_bootmem((unsigned long)node_data[nodeid],
221                                      pgdat_size);
222                 node_data[nodeid] = NULL;
223                 return;
224         }
225         bootmap_start = __pa(bootmap);
226         Dprintk("bootmap start %lu pages %lu\n", bootmap_start, bootmap_pages);
227
228         bootmap_size = init_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid),
229                                          bootmap_start >> PAGE_SHIFT,
230                                          start_pfn, end_pfn);
231
232         free_bootmem_with_active_regions(nodeid, end);
233
234         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), nodedata_phys, pgdat_size);
235         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), bootmap_start,
236                              bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
237 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
238         srat_reserve_add_area(nodeid);
239 #endif
240         node_set_online(nodeid);
241 }
242
243 /*
244  * There are unfortunately some poorly designed mainboards around that
245  * only connect memory to a single CPU. This breaks the 1:1 cpu->node
246  * mapping. To avoid this fill in the mapping for all possible CPUs,
247  * as the number of CPUs is not known yet. We round robin the existing
248  * nodes.
249  */
250 void __init numa_init_array(void)
251 {
252         int rr, i;
253
254         rr = first_node(node_online_map);
255         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
256                 if (cpu_to_node(i) != NUMA_NO_NODE)
257                         continue;
258                 numa_set_node(i, rr);
259                 rr = next_node(rr, node_online_map);
260                 if (rr == MAX_NUMNODES)
261                         rr = first_node(node_online_map);
262         }
263 }
264
265 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
266 /* Numa emulation */
267 char *cmdline __initdata;
268
269 /*
270  * Setups up nid to range from addr to addr + size.  If the end
271  * boundary is greater than max_addr, then max_addr is used instead.
272  * The return value is 0 if there is additional memory left for
273  * allocation past addr and -1 otherwise.  addr is adjusted to be at
274  * the end of the node.
275  */
276 static int __init setup_node_range(int nid, struct bootnode *nodes, u64 *addr,
277                                    u64 size, u64 max_addr)
278 {
279         int ret = 0;
280
281         nodes[nid].start = *addr;
282         *addr += size;
283         if (*addr >= max_addr) {
284                 *addr = max_addr;
285                 ret = -1;
286         }
287         nodes[nid].end = *addr;
288         node_set(nid, node_possible_map);
289         printk(KERN_INFO "Faking node %d at %016Lx-%016Lx (%LuMB)\n", nid,
290                nodes[nid].start, nodes[nid].end,
291                (nodes[nid].end - nodes[nid].start) >> 20);
292         return ret;
293 }
294
295 /*
296  * Splits num_nodes nodes up equally starting at node_start.  The return value
297  * is the number of nodes split up and addr is adjusted to be at the end of the
298  * last node allocated.
299  */
300 static int __init split_nodes_equally(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
301                                       u64 max_addr, int node_start,
302                                       int num_nodes)
303 {
304         unsigned int big;
305         u64 size;
306         int i;
307
308         if (num_nodes <= 0)
309                 return -1;
310         if (num_nodes > MAX_NUMNODES)
311                 num_nodes = MAX_NUMNODES;
312         size = (max_addr - *addr - e820_hole_size(*addr, max_addr)) /
313                num_nodes;
314         /*
315          * Calculate the number of big nodes that can be allocated as a result
316          * of consolidating the leftovers.
317          */
318         big = ((size & ~FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK) * num_nodes) /
319               FAKE_NODE_MIN_SIZE;
320
321         /* Round down to nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE. */
322         size &= FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
323         if (!size) {
324                 printk(KERN_ERR "Not enough memory for each node.  "
325                        "NUMA emulation disabled.\n");
326                 return -1;
327         }
328
329         for (i = node_start; i < num_nodes + node_start; i++) {
330                 u64 end = *addr + size;
331
332                 if (i < big)
333                         end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
334                 /*
335                  * The final node can have the remaining system RAM.  Other
336                  * nodes receive roughly the same amount of available pages.
337                  */
338                 if (i == num_nodes + node_start - 1)
339                         end = max_addr;
340                 else
341                         while (end - *addr - e820_hole_size(*addr, end) <
342                                size) {
343                                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
344                                 if (end > max_addr) {
345                                         end = max_addr;
346                                         break;
347                                 }
348                         }
349                 if (setup_node_range(i, nodes, addr, end - *addr, max_addr) < 0)
350                         break;
351         }
352         return i - node_start + 1;
353 }
354
355 /*
356  * Splits the remaining system RAM into chunks of size.  The remaining memory is
357  * always assigned to a final node and can be asymmetric.  Returns the number of
358  * nodes split.
359  */
360 static int __init split_nodes_by_size(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
361                                       u64 max_addr, int node_start, u64 size)
362 {
363         int i = node_start;
364         size = (size << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
365         while (!setup_node_range(i++, nodes, addr, size, max_addr))
366                 ;
367         return i - node_start;
368 }
369
370 /*
371  * Sets up the system RAM area from start_pfn to end_pfn according to the
372  * numa=fake command-line option.
373  */
374 static int __init numa_emulation(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
375 {
376         struct bootnode nodes[MAX_NUMNODES];
377         u64 size, addr = start_pfn << PAGE_SHIFT;
378         u64 max_addr = end_pfn << PAGE_SHIFT;
379         int num_nodes = 0, num = 0, coeff_flag, coeff = -1, i;
380
381         memset(&nodes, 0, sizeof(nodes));
382         /*
383          * If the numa=fake command-line is just a single number N, split the
384          * system RAM into N fake nodes.
385          */
386         if (!strchr(cmdline, '*') && !strchr(cmdline, ',')) {
387                 long n = simple_strtol(cmdline, NULL, 0);
388
389                 num_nodes = split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr, 0, n);
390                 if (num_nodes < 0)
391                         return num_nodes;
392                 goto out;
393         }
394
395         /* Parse the command line. */
396         for (coeff_flag = 0; ; cmdline++) {
397                 if (*cmdline && isdigit(*cmdline)) {
398                         num = num * 10 + *cmdline - '0';
399                         continue;
400                 }
401                 if (*cmdline == '*') {
402                         if (num > 0)
403                                 coeff = num;
404                         coeff_flag = 1;
405                 }
406                 if (!*cmdline || *cmdline == ',') {
407                         if (!coeff_flag)
408                                 coeff = 1;
409                         /*
410                          * Round down to the nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE.
411                          * Command-line coefficients are in megabytes.
412                          */
413                         size = ((u64)num << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
414                         if (size)
415                                 for (i = 0; i < coeff; i++, num_nodes++)
416                                         if (setup_node_range(num_nodes, nodes,
417                                                 &addr, size, max_addr) < 0)
418                                                 goto done;
419                         if (!*cmdline)
420                                 break;
421                         coeff_flag = 0;
422                         coeff = -1;
423                 }
424                 num = 0;
425         }
426 done:
427         if (!num_nodes)
428                 return -1;
429         /* Fill remainder of system RAM, if appropriate. */
430         if (addr < max_addr) {
431                 if (coeff_flag && coeff < 0) {
432                         /* Split remaining nodes into num-sized chunks */
433                         num_nodes += split_nodes_by_size(nodes, &addr, max_addr,
434                                                          num_nodes, num);
435                         goto out;
436                 }
437                 switch (*(cmdline - 1)) {
438                 case '*':
439                         /* Split remaining nodes into coeff chunks */
440                         if (coeff <= 0)
441                                 break;
442                         num_nodes += split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr,
443                                                          num_nodes, coeff);
444                         break;
445                 case ',':
446                         /* Do not allocate remaining system RAM */
447                         break;
448                 default:
449                         /* Give one final node */
450                         setup_node_range(num_nodes, nodes, &addr,
451                                          max_addr - addr, max_addr);
452                         num_nodes++;
453                 }
454         }
455 out:
456         memnode_shift = compute_hash_shift(nodes, num_nodes);
457         if (memnode_shift < 0) {
458                 memnode_shift = 0;
459                 printk(KERN_ERR "No NUMA hash function found.  NUMA emulation "
460                        "disabled.\n");
461                 return -1;
462         }
463
464         /*
465          * We need to vacate all active ranges that may have been registered by
466          * SRAT and set acpi_numa to -1 so that srat_disabled() always returns
467          * true.  NUMA emulation has succeeded so we will not scan ACPI nodes.
468          */
469         remove_all_active_ranges();
470 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
471         acpi_numa = -1;
472 #endif
473         for_each_node_mask(i, node_possible_map) {
474                 e820_register_active_regions(i, nodes[i].start >> PAGE_SHIFT,
475                                                 nodes[i].end >> PAGE_SHIFT);
476                 setup_node_bootmem(i, nodes[i].start, nodes[i].end);
477         }
478         acpi_fake_nodes(nodes, num_nodes);
479         numa_init_array();
480         return 0;
481 }
482 #endif /* CONFIG_NUMA_EMU */
483
484 void __init numa_initmem_init(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
485 {
486         int i;
487
488         nodes_clear(node_possible_map);
489
490 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
491         if (cmdline && !numa_emulation(start_pfn, end_pfn))
492                 return;
493         nodes_clear(node_possible_map);
494 #endif
495
496 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
497         if (!numa_off && !acpi_scan_nodes(start_pfn << PAGE_SHIFT,
498                                           end_pfn << PAGE_SHIFT))
499                 return;
500         nodes_clear(node_possible_map);
501 #endif
502
503 #ifdef CONFIG_K8_NUMA
504         if (!numa_off && !k8_scan_nodes(start_pfn<<PAGE_SHIFT,
505                                         end_pfn<<PAGE_SHIFT))
506                 return;
507         nodes_clear(node_possible_map);
508 #endif
509         printk(KERN_INFO "%s\n",
510                numa_off ? "NUMA turned off" : "No NUMA configuration found");
511
512         printk(KERN_INFO "Faking a node at %016lx-%016lx\n",
513                start_pfn << PAGE_SHIFT,
514                end_pfn << PAGE_SHIFT);
515         /* setup dummy node covering all memory */
516         memnode_shift = 63;
517         memnodemap = memnode.embedded_map;
518         memnodemap[0] = 0;
519         nodes_clear(node_online_map);
520         node_set_online(0);
521         node_set(0, node_possible_map);
522         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)
523                 numa_set_node(i, 0);
524         /* cpumask_of_cpu() may not be available during early startup */
525         memset(&node_to_cpumask_map[0], 0, sizeof(node_to_cpumask_map[0]));
526         cpu_set(0, node_to_cpumask_map[0]);
527         e820_register_active_regions(0, start_pfn, end_pfn);
528         setup_node_bootmem(0, start_pfn << PAGE_SHIFT, end_pfn << PAGE_SHIFT);
529 }
530
531 __cpuinit void numa_add_cpu(int cpu)
532 {
533         set_bit(cpu, (unsigned long *)&node_to_cpumask_map[cpu_to_node(cpu)]);
534 }
535
536 void __cpuinit numa_set_node(int cpu, int node)
537 {
538         u16 *cpu_to_node_map = x86_cpu_to_node_map_early_ptr;
539
540         cpu_pda(cpu)->nodenumber = node;
541
542         if(cpu_to_node_map)
543                 cpu_to_node_map[cpu] = node;
544         else if(per_cpu_offset(cpu))
545                 per_cpu(x86_cpu_to_node_map, cpu) = node;
546         else
547                 Dprintk(KERN_INFO "Setting node for non-present cpu %d\n", cpu);
548 }
549
550 unsigned long __init numa_free_all_bootmem(void)
551 {
552         unsigned long pages = 0;
553         int i;
554
555         for_each_online_node(i)
556                 pages += free_all_bootmem_node(NODE_DATA(i));
557
558         return pages;
559 }
560
561 void __init paging_init(void)
562 {
563         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
564         int i;
565
566         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
567         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN;
568         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = MAX_DMA32_PFN;
569         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = end_pfn;
570
571         sparse_memory_present_with_active_regions(MAX_NUMNODES);
572         sparse_init();
573
574         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
575 }
576
577 static __init int numa_setup(char *opt)
578 {
579         if (!opt)
580                 return -EINVAL;
581         if (!strncmp(opt, "off", 3))
582                 numa_off = 1;
583 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
584         if (!strncmp(opt, "fake=", 5))
585                 cmdline = opt + 5;
586 #endif
587 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
588         if (!strncmp(opt, "noacpi", 6))
589                 acpi_numa = -1;
590         if (!strncmp(opt, "hotadd=", 7))
591                 hotadd_percent = simple_strtoul(opt+7, NULL, 10);
592 #endif
593         return 0;
594 }
595 early_param("numa", numa_setup);
596
597 /*
598  * Setup early cpu_to_node.
599  *
600  * Populate cpu_to_node[] only if x86_cpu_to_apicid[],
601  * and apicid_to_node[] tables have valid entries for a CPU.
602  * This means we skip cpu_to_node[] initialisation for NUMA
603  * emulation and faking node case (when running a kernel compiled
604  * for NUMA on a non NUMA box), which is OK as cpu_to_node[]
605  * is already initialized in a round robin manner at numa_init_array,
606  * prior to this call, and this initialization is good enough
607  * for the fake NUMA cases.
608  */
609 void __init init_cpu_to_node(void)
610 {
611         int i;
612
613         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
614                 u16 apicid = x86_cpu_to_apicid_init[i];
615
616                 if (apicid == BAD_APICID)
617                         continue;
618                 if (apicid_to_node[apicid] == NUMA_NO_NODE)
619                         continue;
620                 numa_set_node(i, apicid_to_node[apicid]);
621         }
622 }
623
624