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/config.h>
   8 #include <linux/spinlock.h>
   9 #include <linux/list.h>
  10 #include <linux/wait.h>
  11 #include <linux/cache.h>
  12 #include <linux/threads.h>
  13 #include <linux/numa.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <asm/atomic.h>
  16
  17 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
  18 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
  19 #define MAX_ORDER 11
  20 #else
  21 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
  22 #endif
  23
  24 struct free_area {
  25         struct list_head        free_list;
  26         unsigned long           nr_free;
  27 };
  28
  29 struct pglist_data;
  30
  31 /*
  32  * zone->lock and zone->lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
  33  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
  34  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
  35  * consumption is not a concern here.
  36  */
  37 #if defined(CONFIG_SMP)
  38 struct zone_padding {
  39         char x[0];
  40 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
  41 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
  42 #else
  43 #define ZONE_PADDING(name)
  44 #endif
  45
  46 struct per_cpu_pages {
  47         int count;              /* number of pages in the list */
  48         int low;                /* low watermark, refill needed */
  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_NORMAL             1
  74 #define ZONE_HIGHMEM            2
  75
  76 #define MAX_NR_ZONES            3       /* Sync this with ZONES_SHIFT */
  77 #define ZONES_SHIFT             2       /* ceil(log2(MAX_NR_ZONES)) */
  78
  79
  80 /*
  81  * When a memory allocation must conform to specific limitations (such
  82  * as being suitable for DMA) the caller will pass in hints to the
  83  * allocator in the gfp_mask, in the zone modifier bits.  These bits
  84  * are used to select a priority ordered list of memory zones which
  85  * match the requested limits.  GFP_ZONEMASK defines which bits within
  86  * the gfp_mask should be considered as zone modifiers.  Each valid
  87  * combination of the zone modifier bits has a corresponding list
  88  * of zones (in node_zonelists).  Thus for two zone modifiers there
  89  * will be a maximum of 4 (2 ** 2) zonelists, for 3 modifiers there will
  90  * be 8 (2 ** 3) zonelists.  GFP_ZONETYPES defines the number of possible
  91  * combinations of zone modifiers in "zone modifier space".
  92  */
  93 #define GFP_ZONEMASK    0x03
  94 /*
  95  * As an optimisation any zone modifier bits which are only valid when
  96  * no other zone modifier bits are set (loners) should be placed in
  97  * the highest order bits of this field.  This allows us to reduce the
  98  * extent of the zonelists thus saving space.  For example in the case
  99  * of three zone modifier bits, we could require up to eight zonelists.
 100  * If the left most zone modifier is a "loner" then the highest valid
 101  * zonelist would be four allowing us to allocate only five zonelists.
 102  * Use the first form when the left most bit is not a "loner", otherwise
 103  * use the second.
 104  */
 105 /* #define GFP_ZONETYPES        (GFP_ZONEMASK + 1) */           /* Non-loner */
 106 #define GFP_ZONETYPES   ((GFP_ZONEMASK + 1) / 2 + 1)            /* Loner */
 107
 108 /*
 109  * On machines where it is needed (eg PCs) we divide physical memory
 110  * into multiple physical zones. On a PC we have 3 zones:
 111  *
 112  * ZONE_DMA       < 16 MB       ISA DMA capable memory
 113  * ZONE_NORMAL  16-896 MB       direct mapped by the kernel
 114  * ZONE_HIGHMEM  > 896 MB       only page cache and user processes
 115  */
 116
 117 struct zone {
 118         /* Fields commonly accessed by the page allocator */
 119         unsigned long           free_pages;
 120         unsigned long           pages_min, pages_low, pages_high;
 121         /*
 122          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
 123          * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
 124          * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
 125          * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
 126          * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
 127          * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
 128          */
 129         unsigned long           lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
 130
 131 #ifdef CONFIG_NUMA
 132         struct per_cpu_pageset  *pageset[NR_CPUS];
 133 #else
 134         struct per_cpu_pageset  pageset[NR_CPUS];
 135 #endif
 136         /*
 137          * free areas of different sizes
 138          */
 139         spinlock_t              lock;
 140         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
 141
 142
 143         ZONE_PADDING(_pad1_)
 144
 145         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
 146         spinlock_t              lru_lock;
 147         struct list_head        active_list;
 148         struct list_head        inactive_list;
 149         unsigned long           nr_scan_active;
 150         unsigned long           nr_scan_inactive;
 151         unsigned long           nr_active;
 152         unsigned long           nr_inactive;
 153         unsigned long           pages_scanned;     /* since last reclaim */
 154         int                     all_unreclaimable; /* All pages pinned */
 155
 156         /*
 157          * Does the allocator try to reclaim pages from the zone as soon
 158          * as it fails a watermark_ok() in __alloc_pages?
 159          */
 160         int                     reclaim_pages;
 161         /* A count of how many reclaimers are scanning this zone */
 162         atomic_t                reclaim_in_progress;
 163
 164         /*
 165          * prev_priority holds the scanning priority for this zone.  It is
 166          * defined as the scanning priority at which we achieved our reclaim
 167          * target at the previous try_to_free_pages() or balance_pgdat()
 168          * invokation.
 169          *
 170          * We use prev_priority as a measure of how much stress page reclaim is
 171          * under - it drives the swappiness decision: whether to unmap mapped
 172          * pages.
 173          *
 174          * temp_priority is used to remember the scanning priority at which
 175          * this zone was successfully refilled to free_pages == pages_high.
 176          *
 177          * Access to both these fields is quite racy even on uniprocessor.  But
 178          * it is expected to average out OK.
 179          */
 180         int temp_priority;
 181         int prev_priority;
 182
 183
 184         ZONE_PADDING(_pad2_)
 185         /* Rarely used or read-mostly fields */
 186
 187         /*
 188          * wait_table           -- the array holding the hash table
 189          * wait_table_size      -- the size of the hash table array
 190          * wait_table_bits      -- wait_table_size == (1 << wait_table_bits)
 191          *
 192          * The purpose of all these is to keep track of the people
 193          * waiting for a page to become available and make them
 194          * runnable again when possible. The trouble is that this
 195          * consumes a lot of space, especially when so few things
 196          * wait on pages at a given time. So instead of using
 197          * per-page waitqueues, we use a waitqueue hash table.
 198          *
 199          * The bucket discipline is to sleep on the same queue when
 200          * colliding and wake all in that wait queue when removing.
 201          * When something wakes, it must check to be sure its page is
 202          * truly available, a la thundering herd. The cost of a
 203          * collision is great, but given the expected load of the
 204          * table, they should be so rare as to be outweighed by the
 205          * benefits from the saved space.
 206          *
 207          * __wait_on_page_locked() and unlock_page() in mm/filemap.c, are the
 208          * primary users of these fields, and in mm/page_alloc.c
 209          * free_area_init_core() performs the initialization of them.
 210          */
 211         wait_queue_head_t       * wait_table;
 212         unsigned long           wait_table_size;
 213         unsigned long           wait_table_bits;
 214
 215         /*
 216          * Discontig memory support fields.
 217          */
 218         struct pglist_data      *zone_pgdat;
 219         struct page             *zone_mem_map;
 220         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
 221         unsigned long           zone_start_pfn;
 222
 223         unsigned long           spanned_pages;  /* total size, including holes */
 224         unsigned long           present_pages;  /* amount of memory (excluding holes) */
 225
 226         /*
 227          * rarely used fields:
 228          */
 229         char                    *name;
 230 } ____cacheline_maxaligned_in_smp;
 231
 232
 233 /*
 234  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
 235  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
 236  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
 237  */
 238 #define DEF_PRIORITY 12
 239
 240 /*
 241  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
 242  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
 243  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
 244  * priority.
 245  *
 246  * Right now a zonelist takes up less than a cacheline. We never
 247  * modify it apart from boot-up, and only a few indices are used,
 248  * so despite the zonelist table being relatively big, the cache
 249  * footprint of this construct is very small.
 250  */
 251 struct zonelist {
 252         struct zone *zones[MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES + 1]; // NULL delimited
 253 };
 254
 255
 256 /*
 257  * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
 258  * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
 259  * zone denotes.
 260  *
 261  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
 262  * it's memory layout.
 263  *
 264  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
 265  * per-zone basis.
 266  */
 267 struct bootmem_data;
 268 typedef struct pglist_data {
 269         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
 270         struct zonelist node_zonelists[GFP_ZONETYPES];
 271         int nr_zones;
 272         struct page *node_mem_map;
 273         struct bootmem_data *bdata;
 274         unsigned long node_start_pfn;
 275         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
 276         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
 277                                              range, including holes */
 278         int node_id;
 279         struct pglist_data *pgdat_next;
 280         wait_queue_head_t kswapd_wait;
 281         struct task_struct *kswapd;
 282         int kswapd_max_order;
 283 } pg_data_t;
 284
 285 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
 286 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
 287 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
 288 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
 289
 290 extern struct pglist_data *pgdat_list;
 291
 292 void __get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 293                         unsigned long *free, struct pglist_data *pgdat);
 294 void get_zone_counts(unsigned long *active, unsigned long *inactive,
 295                         unsigned long *free);
 296 void build_all_zonelists(void);
 297 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order);
 298 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
 299                 int alloc_type, int can_try_harder, int gfp_high);
 300
 301 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
 302 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
 303 #else
 304 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
 305 #endif
 306
 307 #ifdef CONFIG_NEED_NODE_MEMMAP_SIZE
 308 unsigned long __init node_memmap_size_bytes(int, unsigned long, unsigned long);
 309 #endif
 310
 311 /*
 312  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
 313  */
 314 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
 315
 316 /**
 317  * for_each_pgdat - helper macro to iterate over all nodes
 318  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
 319  *
 320  * Meant to help with common loops of the form
 321  * pgdat = pgdat_list;
 322  * while(pgdat) {
 323  *      ...
 324  *      pgdat = pgdat->pgdat_next;
 325  * }
 326  */
 327 #define for_each_pgdat(pgdat) \
 328         for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->pgdat_next)
 329
 330 /*
 331  * next_zone - helper magic for for_each_zone()
 332  * Thanks to William Lee Irwin III for this piece of ingenuity.
 333  */
 334 static inline struct zone *next_zone(struct zone *zone)
 335 {
 336         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
 337
 338         if (zone < pgdat->node_zones + MAX_NR_ZONES - 1)
 339                 zone++;
 340         else if (pgdat->pgdat_next) {
 341                 pgdat = pgdat->pgdat_next;
 342                 zone = pgdat->node_zones;
 343         } else
 344                 zone = NULL;
 345
 346         return zone;
 347 }
 348
 349 /**
 350  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
 351  * @zone - pointer to struct zone variable
 352  *
 353  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
 354  * fills it in. This basically means for_each_zone() is an
 355  * easier to read version of this piece of code:
 356  *
 357  * for (pgdat = pgdat_list; pgdat; pgdat = pgdat->node_next)
 358  *      for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; ++i) {
 359  *              struct zone * z = pgdat->node_zones + i;
 360  *              ...
 361  *      }
 362  * }
 363  */
 364 #define for_each_zone(zone) \
 365         for (zone = pgdat_list->node_zones; zone; zone = next_zone(zone))
 366
 367 static inline int is_highmem_idx(int idx)
 368 {
 369         return (idx == ZONE_HIGHMEM);
 370 }
 371
 372 static inline int is_normal_idx(int idx)
 373 {
 374         return (idx == ZONE_NORMAL);
 375 }
 376 /**
 377  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
 378  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
 379  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
 380  * @zone - pointer to struct zone variable
 381  */
 382 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
 383 {
 384         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_HIGHMEM;
 385 }
 386
 387 static inline int is_normal(struct zone *zone)
 388 {
 389         return zone == zone->zone_pgdat->node_zones + ZONE_NORMAL;
 390 }
 391
 392 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
 393 struct ctl_table;
 394 struct file;
 395 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, struct file *,
 396                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
 397 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1];
 398 int lowmem_reserve_ratio_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 #define numa_node_id()          (cpu_to_node(raw_smp_processor_id()))
 404
 405 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 406
 407 extern struct pglist_data contig_page_data;
 408 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
 409 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
 410 #define MAX_NODES_SHIFT         1
 411 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
 412
 413 #else /* CONFIG_DISCONTIGMEM */
 414
 415 #include <asm/mmzone.h>
 416
 417 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 418
 419 #if BITS_PER_LONG == 32 || defined(ARCH_HAS_ATOMIC_UNSIGNED)
 420 /*
 421  * with 32 bit page->flags field, we reserve 8 bits for node/zone info.
 422  * there are 3 zones (2 bits) and this leaves 8-2=6 bits for nodes.
 423  */
 424 #define FLAGS_RESERVED          8
 425
 426 #elif BITS_PER_LONG == 64
 427 /*
 428  * with 64 bit flags field, there's plenty of room.
 429  */
 430 #define FLAGS_RESERVED          32
 431
 432 #else
 433
 434 #error BITS_PER_LONG not defined
 435
 436 #endif
 437
 438 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 439 #endif /* __KERNEL__ */
 440 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */