x86: 64-bit, make sparsemem vmemmap the only memory model
[safe/jmp/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
15 #include <asm/e820.h>
16 #include <asm/proto.h>
17 #include <asm/dma.h>
18 #include <asm/numa.h>
19 #include <asm/acpi.h>
20 #include <asm/k8.h>
21
22 #ifndef Dprintk
23 #define Dprintk(x...)
24 #endif
25
26 struct pglist_data *node_data[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
27 EXPORT_SYMBOL(node_data);
28
29 bootmem_data_t plat_node_bdata[MAX_NUMNODES];
30
31 struct memnode memnode;
32
33 int cpu_to_node_map[NR_CPUS] __read_mostly = {
34         [0 ... NR_CPUS-1] = NUMA_NO_NODE
35 };
36 EXPORT_SYMBOL(cpu_to_node_map);
37
38 unsigned char apicid_to_node[MAX_LOCAL_APIC] __cpuinitdata = {
39         [0 ... MAX_LOCAL_APIC-1] = NUMA_NO_NODE
40 };
41
42 cpumask_t node_to_cpumask_map[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
43 EXPORT_SYMBOL(node_to_cpumask_map);
44
45 int numa_off __initdata;
46 unsigned long __initdata nodemap_addr;
47 unsigned long __initdata nodemap_size;
48
49 /*
50  * Given a shift value, try to populate memnodemap[]
51  * Returns :
52  * 1 if OK
53  * 0 if memnodmap[] too small (of shift too small)
54  * -1 if node overlap or lost ram (shift too big)
55  */
56 static int __init populate_memnodemap(const struct bootnode *nodes,
57                                       int numnodes, int shift)
58 {
59         unsigned long addr, end;
60         int i, res = -1;
61
62         memset(memnodemap, 0xff, memnodemapsize);
63         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
64                 addr = nodes[i].start;
65                 end = nodes[i].end;
66                 if (addr >= end)
67                         continue;
68                 if ((end >> shift) >= memnodemapsize)
69                         return 0;
70                 do {
71                         if (memnodemap[addr >> shift] != 0xff)
72                                 return -1;
73                         memnodemap[addr >> shift] = i;
74                         addr += (1UL << shift);
75                 } while (addr < end);
76                 res = 1;
77         }
78         return res;
79 }
80
81 static int __init allocate_cachealigned_memnodemap(void)
82 {
83         unsigned long pad, pad_addr;
84
85         memnodemap = memnode.embedded_map;
86         if (memnodemapsize <= 48)
87                 return 0;
88
89         pad = L1_CACHE_BYTES - 1;
90         pad_addr = 0x8000;
91         nodemap_size = pad + memnodemapsize;
92         nodemap_addr = find_e820_area(pad_addr, end_pfn<<PAGE_SHIFT,
93                                       nodemap_size);
94         if (nodemap_addr == -1UL) {
95                 printk(KERN_ERR
96                        "NUMA: Unable to allocate Memory to Node hash map\n");
97                 nodemap_addr = nodemap_size = 0;
98                 return -1;
99         }
100         pad_addr = (nodemap_addr + pad) & ~pad;
101         memnodemap = phys_to_virt(pad_addr);
102
103         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Allocated memnodemap from %lx - %lx\n",
104                nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size);
105         return 0;
106 }
107
108 /*
109  * The LSB of all start and end addresses in the node map is the value of the
110  * maximum possible shift.
111  */
112 static int __init extract_lsb_from_nodes(const struct bootnode *nodes,
113                                          int numnodes)
114 {
115         int i, nodes_used = 0;
116         unsigned long start, end;
117         unsigned long bitfield = 0, memtop = 0;
118
119         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
120                 start = nodes[i].start;
121                 end = nodes[i].end;
122                 if (start >= end)
123                         continue;
124                 bitfield |= start;
125                 nodes_used++;
126                 if (end > memtop)
127                         memtop = end;
128         }
129         if (nodes_used <= 1)
130                 i = 63;
131         else
132                 i = find_first_bit(&bitfield, sizeof(unsigned long)*8);
133         memnodemapsize = (memtop >> i)+1;
134         return i;
135 }
136
137 int __init compute_hash_shift(struct bootnode *nodes, int numnodes)
138 {
139         int shift;
140
141         shift = extract_lsb_from_nodes(nodes, numnodes);
142         if (allocate_cachealigned_memnodemap())
143                 return -1;
144         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Using %d for the hash shift.\n",
145                 shift);
146
147         if (populate_memnodemap(nodes, numnodes, shift) != 1) {
148                 printk(KERN_INFO "Your memory is not aligned you need to "
149                        "rebuild your kernel with a bigger NODEMAPSIZE "
150                        "shift=%d\n", shift);
151                 return -1;
152         }
153         return shift;
154 }
155
156 int early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
157 {
158         return phys_to_nid(pfn << PAGE_SHIFT);
159 }
160
161 static void * __init early_node_mem(int nodeid, unsigned long start,
162                                     unsigned long end, unsigned long size)
163 {
164         unsigned long mem = find_e820_area(start, end, size);
165         void *ptr;
166
167         if (mem != -1L)
168                 return __va(mem);
169         ptr = __alloc_bootmem_nopanic(size,
170                                 SMP_CACHE_BYTES, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
171         if (ptr == NULL) {
172                 printk(KERN_ERR "Cannot find %lu bytes in node %d\n",
173                        size, nodeid);
174                 return NULL;
175         }
176         return ptr;
177 }
178
179 /* Initialize bootmem allocator for a node */
180 void __init setup_node_bootmem(int nodeid, unsigned long start,
181                                unsigned long end)
182 {
183         unsigned long start_pfn, end_pfn, bootmap_pages, bootmap_size;
184         unsigned long bootmap_start, nodedata_phys;
185         void *bootmap;
186         const int pgdat_size = round_up(sizeof(pg_data_t), PAGE_SIZE);
187
188         start = round_up(start, ZONE_ALIGN);
189
190         printk(KERN_INFO "Bootmem setup node %d %016lx-%016lx\n", nodeid,
191                start, end);
192
193         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
194         end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
195
196         node_data[nodeid] = early_node_mem(nodeid, start, end, pgdat_size);
197         if (node_data[nodeid] == NULL)
198                 return;
199         nodedata_phys = __pa(node_data[nodeid]);
200
201         memset(NODE_DATA(nodeid), 0, sizeof(pg_data_t));
202         NODE_DATA(nodeid)->bdata = &plat_node_bdata[nodeid];
203         NODE_DATA(nodeid)->node_start_pfn = start_pfn;
204         NODE_DATA(nodeid)->node_spanned_pages = end_pfn - start_pfn;
205
206         /* Find a place for the bootmem map */
207         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
208         bootmap_start = round_up(nodedata_phys + pgdat_size, PAGE_SIZE);
209         bootmap = early_node_mem(nodeid, bootmap_start, end,
210                                         bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
211         if (bootmap == NULL)  {
212                 if (nodedata_phys < start || nodedata_phys >= end)
213                         free_bootmem((unsigned long)node_data[nodeid],
214                                      pgdat_size);
215                 node_data[nodeid] = NULL;
216                 return;
217         }
218         bootmap_start = __pa(bootmap);
219         Dprintk("bootmap start %lu pages %lu\n", bootmap_start, bootmap_pages);
220
221         bootmap_size = init_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid),
222                                          bootmap_start >> PAGE_SHIFT,
223                                          start_pfn, end_pfn);
224
225         free_bootmem_with_active_regions(nodeid, end);
226
227         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), nodedata_phys, pgdat_size);
228         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), bootmap_start,
229                              bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
230 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
231         srat_reserve_add_area(nodeid);
232 #endif
233         node_set_online(nodeid);
234 }
235
236 /* Initialize final allocator for a zone */
237 void __init setup_node_zones(int nodeid)
238 {
239         unsigned long start_pfn, end_pfn, memmapsize, limit;
240
241         start_pfn = node_start_pfn(nodeid);
242         end_pfn = node_end_pfn(nodeid);
243
244         Dprintk(KERN_INFO "Setting up memmap for node %d %lx-%lx\n",
245                 nodeid, start_pfn, end_pfn);
246
247         /*
248          * Try to allocate mem_map at end to not fill up precious <4GB
249          * memory.
250          */
251         memmapsize = sizeof(struct page) * (end_pfn-start_pfn);
252         limit = end_pfn << PAGE_SHIFT;
253 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
254         NODE_DATA(nodeid)->node_mem_map =
255                 __alloc_bootmem_core(NODE_DATA(nodeid)->bdata,
256                                      memmapsize, SMP_CACHE_BYTES,
257                                      round_down(limit - memmapsize, PAGE_SIZE),
258                                      limit);
259 #endif
260 }
261
262 /*
263  * There are unfortunately some poorly designed mainboards around that
264  * only connect memory to a single CPU. This breaks the 1:1 cpu->node
265  * mapping. To avoid this fill in the mapping for all possible CPUs,
266  * as the number of CPUs is not known yet. We round robin the existing
267  * nodes.
268  */
269 void __init numa_init_array(void)
270 {
271         int rr, i;
272
273         rr = first_node(node_online_map);
274         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
275                 if (cpu_to_node(i) != NUMA_NO_NODE)
276                         continue;
277                 numa_set_node(i, rr);
278                 rr = next_node(rr, node_online_map);
279                 if (rr == MAX_NUMNODES)
280                         rr = first_node(node_online_map);
281         }
282 }
283
284 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
285 /* Numa emulation */
286 char *cmdline __initdata;
287
288 /*
289  * Setups up nid to range from addr to addr + size.  If the end
290  * boundary is greater than max_addr, then max_addr is used instead.
291  * The return value is 0 if there is additional memory left for
292  * allocation past addr and -1 otherwise.  addr is adjusted to be at
293  * the end of the node.
294  */
295 static int __init setup_node_range(int nid, struct bootnode *nodes, u64 *addr,
296                                    u64 size, u64 max_addr)
297 {
298         int ret = 0;
299
300         nodes[nid].start = *addr;
301         *addr += size;
302         if (*addr >= max_addr) {
303                 *addr = max_addr;
304                 ret = -1;
305         }
306         nodes[nid].end = *addr;
307         node_set(nid, node_possible_map);
308         printk(KERN_INFO "Faking node %d at %016Lx-%016Lx (%LuMB)\n", nid,
309                nodes[nid].start, nodes[nid].end,
310                (nodes[nid].end - nodes[nid].start) >> 20);
311         return ret;
312 }
313
314 /*
315  * Splits num_nodes nodes up equally starting at node_start.  The return value
316  * is the number of nodes split up and addr is adjusted to be at the end of the
317  * last node allocated.
318  */
319 static int __init split_nodes_equally(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
320                                       u64 max_addr, int node_start,
321                                       int num_nodes)
322 {
323         unsigned int big;
324         u64 size;
325         int i;
326
327         if (num_nodes <= 0)
328                 return -1;
329         if (num_nodes > MAX_NUMNODES)
330                 num_nodes = MAX_NUMNODES;
331         size = (max_addr - *addr - e820_hole_size(*addr, max_addr)) /
332                num_nodes;
333         /*
334          * Calculate the number of big nodes that can be allocated as a result
335          * of consolidating the leftovers.
336          */
337         big = ((size & ~FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK) * num_nodes) /
338               FAKE_NODE_MIN_SIZE;
339
340         /* Round down to nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE. */
341         size &= FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
342         if (!size) {
343                 printk(KERN_ERR "Not enough memory for each node.  "
344                        "NUMA emulation disabled.\n");
345                 return -1;
346         }
347
348         for (i = node_start; i < num_nodes + node_start; i++) {
349                 u64 end = *addr + size;
350
351                 if (i < big)
352                         end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
353                 /*
354                  * The final node can have the remaining system RAM.  Other
355                  * nodes receive roughly the same amount of available pages.
356                  */
357                 if (i == num_nodes + node_start - 1)
358                         end = max_addr;
359                 else
360                         while (end - *addr - e820_hole_size(*addr, end) <
361                                size) {
362                                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
363                                 if (end > max_addr) {
364                                         end = max_addr;
365                                         break;
366                                 }
367                         }
368                 if (setup_node_range(i, nodes, addr, end - *addr, max_addr) < 0)
369                         break;
370         }
371         return i - node_start + 1;
372 }
373
374 /*
375  * Splits the remaining system RAM into chunks of size.  The remaining memory is
376  * always assigned to a final node and can be asymmetric.  Returns the number of
377  * nodes split.
378  */
379 static int __init split_nodes_by_size(struct bootnode *nodes, u64 *addr,
380                                       u64 max_addr, int node_start, u64 size)
381 {
382         int i = node_start;
383         size = (size << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
384         while (!setup_node_range(i++, nodes, addr, size, max_addr))
385                 ;
386         return i - node_start;
387 }
388
389 /*
390  * Sets up the system RAM area from start_pfn to end_pfn according to the
391  * numa=fake command-line option.
392  */
393 static int __init numa_emulation(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
394 {
395         struct bootnode nodes[MAX_NUMNODES];
396         u64 size, addr = start_pfn << PAGE_SHIFT;
397         u64 max_addr = end_pfn << PAGE_SHIFT;
398         int num_nodes = 0, num = 0, coeff_flag, coeff = -1, i;
399
400         memset(&nodes, 0, sizeof(nodes));
401         /*
402          * If the numa=fake command-line is just a single number N, split the
403          * system RAM into N fake nodes.
404          */
405         if (!strchr(cmdline, '*') && !strchr(cmdline, ',')) {
406                 long n = simple_strtol(cmdline, NULL, 0);
407
408                 num_nodes = split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr, 0, n);
409                 if (num_nodes < 0)
410                         return num_nodes;
411                 goto out;
412         }
413
414         /* Parse the command line. */
415         for (coeff_flag = 0; ; cmdline++) {
416                 if (*cmdline && isdigit(*cmdline)) {
417                         num = num * 10 + *cmdline - '0';
418                         continue;
419                 }
420                 if (*cmdline == '*') {
421                         if (num > 0)
422                                 coeff = num;
423                         coeff_flag = 1;
424                 }
425                 if (!*cmdline || *cmdline == ',') {
426                         if (!coeff_flag)
427                                 coeff = 1;
428                         /*
429                          * Round down to the nearest FAKE_NODE_MIN_SIZE.
430                          * Command-line coefficients are in megabytes.
431                          */
432                         size = ((u64)num << 20) & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
433                         if (size)
434                                 for (i = 0; i < coeff; i++, num_nodes++)
435                                         if (setup_node_range(num_nodes, nodes,
436                                                 &addr, size, max_addr) < 0)
437                                                 goto done;
438                         if (!*cmdline)
439                                 break;
440                         coeff_flag = 0;
441                         coeff = -1;
442                 }
443                 num = 0;
444         }
445 done:
446         if (!num_nodes)
447                 return -1;
448         /* Fill remainder of system RAM, if appropriate. */
449         if (addr < max_addr) {
450                 if (coeff_flag && coeff < 0) {
451                         /* Split remaining nodes into num-sized chunks */
452                         num_nodes += split_nodes_by_size(nodes, &addr, max_addr,
453                                                          num_nodes, num);
454                         goto out;
455                 }
456                 switch (*(cmdline - 1)) {
457                 case '*':
458                         /* Split remaining nodes into coeff chunks */
459                         if (coeff <= 0)
460                                 break;
461                         num_nodes += split_nodes_equally(nodes, &addr, max_addr,
462                                                          num_nodes, coeff);
463                         break;
464                 case ',':
465                         /* Do not allocate remaining system RAM */
466                         break;
467                 default:
468                         /* Give one final node */
469                         setup_node_range(num_nodes, nodes, &addr,
470                                          max_addr - addr, max_addr);
471                         num_nodes++;
472                 }
473         }
474 out:
475         memnode_shift = compute_hash_shift(nodes, num_nodes);
476         if (memnode_shift < 0) {
477                 memnode_shift = 0;
478                 printk(KERN_ERR "No NUMA hash function found.  NUMA emulation "
479                        "disabled.\n");
480                 return -1;
481         }
482
483         /*
484          * We need to vacate all active ranges that may have been registered by
485          * SRAT and set acpi_numa to -1 so that srat_disabled() always returns
486          * true.  NUMA emulation has succeeded so we will not scan ACPI nodes.
487          */
488         remove_all_active_ranges();
489 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
490         acpi_numa = -1;
491 #endif
492         for_each_node_mask(i, node_possible_map) {
493                 e820_register_active_regions(i, nodes[i].start >> PAGE_SHIFT,
494                                                 nodes[i].end >> PAGE_SHIFT);
495                 setup_node_bootmem(i, nodes[i].start, nodes[i].end);
496         }
497         acpi_fake_nodes(nodes, num_nodes);
498         numa_init_array();
499         return 0;
500 }
501 #endif /* CONFIG_NUMA_EMU */
502
503 void __init numa_initmem_init(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
504 {
505         int i;
506
507         nodes_clear(node_possible_map);
508
509 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
510         if (cmdline && !numa_emulation(start_pfn, end_pfn))
511                 return;
512         nodes_clear(node_possible_map);
513 #endif
514
515 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
516         if (!numa_off && !acpi_scan_nodes(start_pfn << PAGE_SHIFT,
517                                           end_pfn << PAGE_SHIFT))
518                 return;
519         nodes_clear(node_possible_map);
520 #endif
521
522 #ifdef CONFIG_K8_NUMA
523         if (!numa_off && !k8_scan_nodes(start_pfn<<PAGE_SHIFT,
524                                         end_pfn<<PAGE_SHIFT))
525                 return;
526         nodes_clear(node_possible_map);
527 #endif
528         printk(KERN_INFO "%s\n",
529                numa_off ? "NUMA turned off" : "No NUMA configuration found");
530
531         printk(KERN_INFO "Faking a node at %016lx-%016lx\n",
532                start_pfn << PAGE_SHIFT,
533                end_pfn << PAGE_SHIFT);
534         /* setup dummy node covering all memory */
535         memnode_shift = 63;
536         memnodemap = memnode.embedded_map;
537         memnodemap[0] = 0;
538         nodes_clear(node_online_map);
539         node_set_online(0);
540         node_set(0, node_possible_map);
541         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)
542                 numa_set_node(i, 0);
543         node_to_cpumask_map[0] = cpumask_of_cpu(0);
544         e820_register_active_regions(0, start_pfn, end_pfn);
545         setup_node_bootmem(0, start_pfn << PAGE_SHIFT, end_pfn << PAGE_SHIFT);
546 }
547
548 __cpuinit void numa_add_cpu(int cpu)
549 {
550         set_bit(cpu, &node_to_cpumask_map[cpu_to_node(cpu)]);
551 }
552
553 void __cpuinit numa_set_node(int cpu, int node)
554 {
555         cpu_pda(cpu)->nodenumber = node;
556         cpu_to_node_map[cpu] = node;
557 }
558
559 unsigned long __init numa_free_all_bootmem(void)
560 {
561         unsigned long pages = 0;
562         int i;
563
564         for_each_online_node(i)
565                 pages += free_all_bootmem_node(NODE_DATA(i));
566
567         return pages;
568 }
569
570 void __init paging_init(void)
571 {
572         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
573         int i;
574
575         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
576         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN;
577         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = MAX_DMA32_PFN;
578         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = end_pfn;
579
580         sparse_memory_present_with_active_regions(MAX_NUMNODES);
581         sparse_init();
582
583         for_each_online_node(i)
584                 setup_node_zones(i);
585
586         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
587 }
588
589 static __init int numa_setup(char *opt)
590 {
591         if (!opt)
592                 return -EINVAL;
593         if (!strncmp(opt, "off", 3))
594                 numa_off = 1;
595 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
596         if (!strncmp(opt, "fake=", 5))
597                 cmdline = opt + 5;
598 #endif
599 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
600         if (!strncmp(opt, "noacpi", 6))
601                 acpi_numa = -1;
602         if (!strncmp(opt, "hotadd=", 7))
603                 hotadd_percent = simple_strtoul(opt+7, NULL, 10);
604 #endif
605         return 0;
606 }
607 early_param("numa", numa_setup);
608
609 /*
610  * Setup early cpu_to_node.
611  *
612  * Populate cpu_to_node[] only if x86_cpu_to_apicid[],
613  * and apicid_to_node[] tables have valid entries for a CPU.
614  * This means we skip cpu_to_node[] initialisation for NUMA
615  * emulation and faking node case (when running a kernel compiled
616  * for NUMA on a non NUMA box), which is OK as cpu_to_node[]
617  * is already initialized in a round robin manner at numa_init_array,
618  * prior to this call, and this initialization is good enough
619  * for the fake NUMA cases.
620  */
621 void __init init_cpu_to_node(void)
622 {
623         int i;
624
625         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
626                 u8 apicid = x86_cpu_to_apicid_init[i];
627
628                 if (apicid == BAD_APICID)
629                         continue;
630                 if (apicid_to_node[apicid] == NUMA_NO_NODE)
631                         continue;
632                 numa_set_node(i, apicid_to_node[apicid]);
633         }
634 }
635
636