arch/x86_64/mm/numa.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
  21 #ifndef Dprintk
  22 #define Dprintk(x...)
  23 #endif
  24
  25 struct pglist_data *node_data[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
  26 bootmem_data_t plat_node_bdata[MAX_NUMNODES];
  27
  28 struct memnode memnode;
  29
  30 unsigned char cpu_to_node[NR_CPUS] __read_mostly = {
  31         [0 ... NR_CPUS-1] = NUMA_NO_NODE
  32 };
  33 unsigned char apicid_to_node[MAX_LOCAL_APIC] __cpuinitdata = {
  34         [0 ... MAX_LOCAL_APIC-1] = NUMA_NO_NODE
  35 };
  36 cpumask_t node_to_cpumask[MAX_NUMNODES] __read_mostly;
  37
  38 int numa_off __initdata;
  39 unsigned long __initdata nodemap_addr;
  40 unsigned long __initdata nodemap_size;
  41
  42
  43 /*
  44  * Given a shift value, try to populate memnodemap[]
  45  * Returns :
  46  * 1 if OK
  47  * 0 if memnodmap[] too small (of shift too small)
  48  * -1 if node overlap or lost ram (shift too big)
  49  */
  50 static int __init
  51 populate_memnodemap(const struct bootnode *nodes, int numnodes, int shift)
  52 {
  53         int i;
  54         int res = -1;
  55         unsigned long addr, end;
  56
  57         memset(memnodemap, 0xff, memnodemapsize);
  58         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
  59                 addr = nodes[i].start;
  60                 end = nodes[i].end;
  61                 if (addr >= end)
  62                         continue;
  63                 if ((end >> shift) >= memnodemapsize)
  64                         return 0;
  65                 do {
  66                         if (memnodemap[addr >> shift] != 0xff)
  67                                 return -1;
  68                         memnodemap[addr >> shift] = i;
  69                         addr += (1UL << shift);
  70                 } while (addr < end);
  71                 res = 1;
  72         }
  73         return res;
  74 }
  75
  76 static int __init allocate_cachealigned_memnodemap(void)
  77 {
  78         unsigned long pad, pad_addr;
  79
  80         memnodemap = memnode.embedded_map;
  81         if (memnodemapsize <= 48)
  82                 return 0;
  83
  84         pad = L1_CACHE_BYTES - 1;
  85         pad_addr = 0x8000;
  86         nodemap_size = pad + memnodemapsize;
  87         nodemap_addr = find_e820_area(pad_addr, end_pfn<<PAGE_SHIFT,
  88                                       nodemap_size);
  89         if (nodemap_addr == -1UL) {
  90                 printk(KERN_ERR
  91                        "NUMA: Unable to allocate Memory to Node hash map\n");
  92                 nodemap_addr = nodemap_size = 0;
  93                 return -1;
  94         }
  95         pad_addr = (nodemap_addr + pad) & ~pad;
  96         memnodemap = phys_to_virt(pad_addr);
  97
  98         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Allocated memnodemap from %lx - %lx\n",
  99                nodemap_addr, nodemap_addr + nodemap_size);
 100         return 0;
 101 }
 102
 103 /*
 104  * The LSB of all start and end addresses in the node map is the value of the
 105  * maximum possible shift.
 106  */
 107 static int __init
 108 extract_lsb_from_nodes (const struct bootnode *nodes, int numnodes)
 109 {
 110         int i, nodes_used = 0;
 111         unsigned long start, end;
 112         unsigned long bitfield = 0, memtop = 0;
 113
 114         for (i = 0; i < numnodes; i++) {
 115                 start = nodes[i].start;
 116                 end = nodes[i].end;
 117                 if (start >= end)
 118                         continue;
 119                 bitfield |= start;
 120                 nodes_used++;
 121                 if (end > memtop)
 122                         memtop = end;
 123         }
 124         if (nodes_used <= 1)
 125                 i = 63;
 126         else
 127                 i = find_first_bit(&bitfield, sizeof(unsigned long)*8);
 128         memnodemapsize = (memtop >> i)+1;
 129         return i;
 130 }
 131
 132 int __init compute_hash_shift(struct bootnode *nodes, int numnodes)
 133 {
 134         int shift;
 135
 136         shift = extract_lsb_from_nodes(nodes, numnodes);
 137         if (allocate_cachealigned_memnodemap())
 138                 return -1;
 139         printk(KERN_DEBUG "NUMA: Using %d for the hash shift.\n",
 140                 shift);
 141
 142         if (populate_memnodemap(nodes, numnodes, shift) != 1) {
 143                 printk(KERN_INFO
 144         "Your memory is not aligned you need to rebuild your kernel "
 145         "with a bigger NODEMAPSIZE shift=%d\n",
 146                         shift);
 147                 return -1;
 148         }
 149         return shift;
 150 }
 151
 152 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 153 int early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
 154 {
 155         return phys_to_nid(pfn << PAGE_SHIFT);
 156 }
 157 #endif
 158
 159 static void * __init
 160 early_node_mem(int nodeid, unsigned long start, unsigned long end,
 161               unsigned long size)
 162 {
 163         unsigned long mem = find_e820_area(start, end, size);
 164         void *ptr;
 165         if (mem != -1L)
 166                 return __va(mem);
 167         ptr = __alloc_bootmem_nopanic(size,
 168                                 SMP_CACHE_BYTES, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
 169         if (ptr == 0) {
 170                 printk(KERN_ERR "Cannot find %lu bytes in node %d\n",
 171                         size, nodeid);
 172                 return NULL;
 173         }
 174         return ptr;
 175 }
 176
 177 /* Initialize bootmem allocator for a node */
 178 void __init setup_node_bootmem(int nodeid, unsigned long start, unsigned long end)
 179 {
 180         unsigned long start_pfn, end_pfn, bootmap_pages, bootmap_size, bootmap_start;
 181         unsigned long nodedata_phys;
 182         void *bootmap;
 183         const int pgdat_size = round_up(sizeof(pg_data_t), PAGE_SIZE);
 184
 185         start = round_up(start, ZONE_ALIGN);
 186
 187         printk(KERN_INFO "Bootmem setup node %d %016lx-%016lx\n", nodeid, start, end);
 188
 189         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 190         end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
 191
 192         node_data[nodeid] = early_node_mem(nodeid, start, end, pgdat_size);
 193         if (node_data[nodeid] == NULL)
 194                 return;
 195         nodedata_phys = __pa(node_data[nodeid]);
 196
 197         memset(NODE_DATA(nodeid), 0, sizeof(pg_data_t));
 198         NODE_DATA(nodeid)->bdata = &plat_node_bdata[nodeid];
 199         NODE_DATA(nodeid)->node_start_pfn = start_pfn;
 200         NODE_DATA(nodeid)->node_spanned_pages = end_pfn - start_pfn;
 201
 202         /* Find a place for the bootmem map */
 203         bootmap_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
 204         bootmap_start = round_up(nodedata_phys + pgdat_size, PAGE_SIZE);
 205         bootmap = early_node_mem(nodeid, bootmap_start, end,
 206                                         bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
 207         if (bootmap == NULL)  {
 208                 if (nodedata_phys < start || nodedata_phys >= end)
 209                         free_bootmem((unsigned long)node_data[nodeid],pgdat_size);
 210                 node_data[nodeid] = NULL;
 211                 return;
 212         }
 213         bootmap_start = __pa(bootmap);
 214         Dprintk("bootmap start %lu pages %lu\n", bootmap_start, bootmap_pages);
 215
 216         bootmap_size = init_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid),
 217                                          bootmap_start >> PAGE_SHIFT,
 218                                          start_pfn, end_pfn);
 219
 220         free_bootmem_with_active_regions(nodeid, end);
 221
 222         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), nodedata_phys, pgdat_size);
 223         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nodeid), bootmap_start, bootmap_pages<<PAGE_SHIFT);
 224 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
 225         srat_reserve_add_area(nodeid);
 226 #endif
 227         node_set_online(nodeid);
 228 }
 229
 230 /* Initialize final allocator for a zone */
 231 void __init setup_node_zones(int nodeid)
 232 {
 233         unsigned long start_pfn, end_pfn, memmapsize, limit;
 234
 235         start_pfn = node_start_pfn(nodeid);
 236         end_pfn = node_end_pfn(nodeid);
 237
 238         Dprintk(KERN_INFO "Setting up memmap for node %d %lx-%lx\n",
 239                 nodeid, start_pfn, end_pfn);
 240
 241         /* Try to allocate mem_map at end to not fill up precious <4GB
 242            memory. */
 243         memmapsize = sizeof(struct page) * (end_pfn-start_pfn);
 244         limit = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 245 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
 246         NODE_DATA(nodeid)->node_mem_map =
 247                 __alloc_bootmem_core(NODE_DATA(nodeid)->bdata,
 248                                 memmapsize, SMP_CACHE_BYTES,
 249                                 round_down(limit - memmapsize, PAGE_SIZE),
 250                                 limit);
 251 #endif
 252 }
 253
 254 void __init numa_init_array(void)
 255 {
 256         int rr, i;
 257         /* There are unfortunately some poorly designed mainboards around
 258            that only connect memory to a single CPU. This breaks the 1:1 cpu->node
 259            mapping. To avoid this fill in the mapping for all possible
 260            CPUs, as the number of CPUs is not known yet.
 261            We round robin the existing nodes. */
 262         rr = first_node(node_online_map);
 263         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
 264                 if (cpu_to_node[i] != NUMA_NO_NODE)
 265                         continue;
 266                 numa_set_node(i, rr);
 267                 rr = next_node(rr, node_online_map);
 268                 if (rr == MAX_NUMNODES)
 269                         rr = first_node(node_online_map);
 270         }
 271
 272 }
 273
 274 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
 275 int numa_fake __initdata = 0;
 276
 277 /* Numa emulation */
 278 static int __init numa_emulation(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 279 {
 280         int i;
 281         struct bootnode nodes[MAX_NUMNODES];
 282         unsigned long sz = ((end_pfn - start_pfn)<<PAGE_SHIFT) / numa_fake;
 283
 284         /* Kludge needed for the hash function */
 285         if (hweight64(sz) > 1) {
 286                 unsigned long x = 1;
 287                 while ((x << 1) < sz)
 288                         x <<= 1;
 289                 if (x < sz/2)
 290                         printk(KERN_ERR "Numa emulation unbalanced. Complain to maintainer\n");
 291                 sz = x;
 292         }
 293
 294         memset(&nodes,0,sizeof(nodes));
 295         for (i = 0; i < numa_fake; i++) {
 296                 nodes[i].start = (start_pfn<<PAGE_SHIFT) + i*sz;
 297                 if (i == numa_fake-1)
 298                         sz = (end_pfn<<PAGE_SHIFT) - nodes[i].start;
 299                 nodes[i].end = nodes[i].start + sz;
 300                 printk(KERN_INFO "Faking node %d at %016Lx-%016Lx (%LuMB)\n",
 301                        i,
 302                        nodes[i].start, nodes[i].end,
 303                        (nodes[i].end - nodes[i].start) >> 20);
 304                 node_set_online(i);
 305         }
 306         memnode_shift = compute_hash_shift(nodes, numa_fake);
 307         if (memnode_shift < 0) {
 308                 memnode_shift = 0;
 309                 printk(KERN_ERR "No NUMA hash function found. Emulation disabled.\n");
 310                 return -1;
 311         }
 312         for_each_online_node(i) {
 313                 e820_register_active_regions(i, nodes[i].start >> PAGE_SHIFT,
 314                                                 nodes[i].end >> PAGE_SHIFT);
 315                 setup_node_bootmem(i, nodes[i].start, nodes[i].end);
 316         }
 317         numa_init_array();
 318         return 0;
 319 }
 320 #endif
 321
 322 void __init numa_initmem_init(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 323 {
 324         int i;
 325
 326 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
 327         if (numa_fake && !numa_emulation(start_pfn, end_pfn))
 328                 return;
 329 #endif
 330
 331 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
 332         if (!numa_off && !acpi_scan_nodes(start_pfn << PAGE_SHIFT,
 333                                           end_pfn << PAGE_SHIFT))
 334                 return;
 335 #endif
 336
 337 #ifdef CONFIG_K8_NUMA
 338         if (!numa_off && !k8_scan_nodes(start_pfn<<PAGE_SHIFT, end_pfn<<PAGE_SHIFT))
 339                 return;
 340 #endif
 341         printk(KERN_INFO "%s\n",
 342                numa_off ? "NUMA turned off" : "No NUMA configuration found");
 343
 344         printk(KERN_INFO "Faking a node at %016lx-%016lx\n",
 345                start_pfn << PAGE_SHIFT,
 346                end_pfn << PAGE_SHIFT);
 347                 /* setup dummy node covering all memory */
 348         memnode_shift = 63;
 349         memnodemap = memnode.embedded_map;
 350         memnodemap[0] = 0;
 351         nodes_clear(node_online_map);
 352         node_set_online(0);
 353         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)
 354                 numa_set_node(i, 0);
 355         node_to_cpumask[0] = cpumask_of_cpu(0);
 356         e820_register_active_regions(0, start_pfn, end_pfn);
 357         setup_node_bootmem(0, start_pfn << PAGE_SHIFT, end_pfn << PAGE_SHIFT);
 358 }
 359
 360 __cpuinit void numa_add_cpu(int cpu)
 361 {
 362         set_bit(cpu, &node_to_cpumask[cpu_to_node(cpu)]);
 363 }
 364
 365 void __cpuinit numa_set_node(int cpu, int node)
 366 {
 367         cpu_pda(cpu)->nodenumber = node;
 368         cpu_to_node[cpu] = node;
 369 }
 370
 371 unsigned long __init numa_free_all_bootmem(void)
 372 {
 373         int i;
 374         unsigned long pages = 0;
 375         for_each_online_node(i) {
 376                 pages += free_all_bootmem_node(NODE_DATA(i));
 377         }
 378         return pages;
 379 }
 380
 381 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 382 static void __init arch_sparse_init(void)
 383 {
 384         int i;
 385
 386         for_each_online_node(i)
 387                 memory_present(i, node_start_pfn(i), node_end_pfn(i));
 388
 389         sparse_init();
 390 }
 391 #else
 392 #define arch_sparse_init() do {} while (0)
 393 #endif
 394
 395 void __init paging_init(void)
 396 {
 397         int i;
 398         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 399         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 400         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN;
 401         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = MAX_DMA32_PFN;
 402         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = end_pfn;
 403
 404         arch_sparse_init();
 405
 406         for_each_online_node(i) {
 407                 setup_node_zones(i);
 408         }
 409
 410         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 411 }
 412
 413 static __init int numa_setup(char *opt)
 414 {
 415         if (!opt)
 416                 return -EINVAL;
 417         if (!strncmp(opt,"off",3))
 418                 numa_off = 1;
 419 #ifdef CONFIG_NUMA_EMU
 420         if(!strncmp(opt, "fake=", 5)) {
 421                 numa_fake = simple_strtoul(opt+5,NULL,0); ;
 422                 if (numa_fake >= MAX_NUMNODES)
 423                         numa_fake = MAX_NUMNODES;
 424         }
 425 #endif
 426 #ifdef CONFIG_ACPI_NUMA
 427         if (!strncmp(opt,"noacpi",6))
 428                 acpi_numa = -1;
 429         if (!strncmp(opt,"hotadd=", 7))
 430                 hotadd_percent = simple_strtoul(opt+7, NULL, 10);
 431 #endif
 432         return 0;
 433 }
 434
 435 early_param("numa", numa_setup);
 436
 437 /*
 438  * Setup early cpu_to_node.
 439  *
 440  * Populate cpu_to_node[] only if x86_cpu_to_apicid[],
 441  * and apicid_to_node[] tables have valid entries for a CPU.
 442  * This means we skip cpu_to_node[] initialisation for NUMA
 443  * emulation and faking node case (when running a kernel compiled
 444  * for NUMA on a non NUMA box), which is OK as cpu_to_node[]
 445  * is already initialized in a round robin manner at numa_init_array,
 446  * prior to this call, and this initialization is good enough
 447  * for the fake NUMA cases.
 448  */
 449 void __init init_cpu_to_node(void)
 450 {
 451         int i;
 452         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
 453                 u8 apicid = x86_cpu_to_apicid[i];
 454                 if (apicid == BAD_APICID)
 455                         continue;
 456                 if (apicid_to_node[apicid] == NUMA_NO_NODE)
 457                         continue;
 458                 numa_set_node(i,apicid_to_node[apicid]);
 459         }
 460 }
 461
 462 EXPORT_SYMBOL(cpu_to_node);
 463 EXPORT_SYMBOL(node_to_cpumask);
 464 EXPORT_SYMBOL(memnode);
 465 EXPORT_SYMBOL(node_data);
 466
 467 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
 468 /*
 469  * Functions to convert PFNs from/to per node page addresses.
 470  * These are out of line because they are quite big.
 471  * They could be all tuned by pre caching more state.
 472  * Should do that.
 473  */
 474
 475 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 476 {
 477         unsigned nid;
 478         if (pfn >= num_physpages)
 479                 return 0;
 480         nid = pfn_to_nid(pfn);
 481         if (nid == 0xff)
 482                 return 0;
 483         return pfn >= node_start_pfn(nid) && (pfn) < node_end_pfn(nid);
 484 }
 485 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 486 #endif