kernel/arch/x86/mm/numa_emulation.c

   1 /*
   2  * NUMA emulation
   3  */
   4 #include <linux/kernel.h>
   5 #include <linux/errno.h>
   6 #include <linux/topology.h>
   7 #include <linux/memblock.h>
   8 #include <linux/bootmem.h>
   9 #include <asm/dma.h>
  10
  11 #include "numa_internal.h"
  12
  13 static int emu_nid_to_phys[MAX_NUMNODES];
  14 static char *emu_cmdline __initdata;
  15
  16 void __init numa_emu_cmdline(char *str)
  17 {
  18         emu_cmdline = str;
  19 }
  20
  21 static int __init emu_find_memblk_by_nid(int nid, const struct numa_meminfo *mi)
  22 {
  23         int i;
  24
  25         for (i = 0; i < mi->nr_blks; i++)
  26                 if (mi->blk[i].nid == nid)
  27                         return i;
  28         return -ENOENT;
  29 }
  30
  31 static u64 __init mem_hole_size(u64 start, u64 end)
  32 {
  33         unsigned long start_pfn = PFN_UP(start);
  34         unsigned long end_pfn = PFN_DOWN(end);
  35
  36         if (start_pfn < end_pfn)
  37                 return PFN_PHYS(absent_pages_in_range(start_pfn, end_pfn));
  38         return 0;
  39 }
  40
  41 /*
  42  * Sets up nid to range from @start to @end.  The return value is -errno if
  43  * something went wrong, 0 otherwise.
  44  */
  45 static int __init emu_setup_memblk(struct numa_meminfo *ei,
  46                                    struct numa_meminfo *pi,
  47                                    int nid, int phys_blk, u64 size)
  48 {
  49         struct numa_memblk *eb = &ei->blk[ei->nr_blks];
  50         struct numa_memblk *pb = &pi->blk[phys_blk];
  51
  52         if (ei->nr_blks >= NR_NODE_MEMBLKS) {
  53                 pr_err("NUMA: Too many emulated memblks, failing emulation\n");
  54                 return -EINVAL;
  55         }
  56
  57         ei->nr_blks++;
  58         eb->start = pb->start;
  59         eb->end = pb->start + size;
  60         eb->nid = nid;
  61
  62         if (emu_nid_to_phys[nid] == NUMA_NO_NODE)
  63                 emu_nid_to_phys[nid] = nid;
  64
  65         pb->start += size;
  66         if (pb->start >= pb->end) {
  67                 WARN_ON_ONCE(pb->start > pb->end);
  68                 numa_remove_memblk_from(phys_blk, pi);
  69         }
  70
  71         printk(KERN_INFO "Faking node %d at [mem %#018Lx-%#018Lx] (%LuMB)\n",
  72                nid, eb->start, eb->end - 1, (eb->end - eb->start) >> 20);
  73         return 0;
  74 }
  75
  76 /*
  77  * Sets up nr_nodes fake nodes interleaved over physical nodes ranging from addr
  78  * to max_addr.  The return value is the number of nodes allocated.
  79  */
  80 static int __init split_nodes_interleave(struct numa_meminfo *ei,
  81                                          struct numa_meminfo *pi,
  82                                          u64 addr, u64 max_addr, int nr_nodes)
  83 {
  84         nodemask_t physnode_mask = NODE_MASK_NONE;
  85         u64 size;
  86         int big;
  87         int nid = 0;
  88         int i, ret;
  89
  90         if (nr_nodes <= 0)
  91                 return -1;
  92         if (nr_nodes > MAX_NUMNODES) {
  93                 pr_info("numa=fake=%d too large, reducing to %d\n",
  94                         nr_nodes, MAX_NUMNODES);
  95                 nr_nodes = MAX_NUMNODES;
  96         }
  97
  98         /*
  99          * Calculate target node size.  x86_32 freaks on __udivdi3() so do
 100          * the division in ulong number of pages and convert back.
 101          */
 102         size = max_addr - addr - mem_hole_size(addr, max_addr);
 103         size = PFN_PHYS((unsigned long)(size >> PAGE_SHIFT) / nr_nodes);
 104
 105         /*
 106          * Calculate the number of big nodes that can be allocated as a result
 107          * of consolidating the remainder.
 108          */
 109         big = ((size & ~FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK) * nr_nodes) /
 110                 FAKE_NODE_MIN_SIZE;
 111
 112         size &= FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
 113         if (!size) {
 114                 pr_err("Not enough memory for each node.  "
 115                         "NUMA emulation disabled.\n");
 116                 return -1;
 117         }
 118
 119         for (i = 0; i < pi->nr_blks; i++)
 120                 node_set(pi->blk[i].nid, physnode_mask);
 121
 122         /*
 123          * Continue to fill physical nodes with fake nodes until there is no
 124          * memory left on any of them.
 125          */
 126         while (nodes_weight(physnode_mask)) {
 127                 for_each_node_mask(i, physnode_mask) {
 128                         u64 dma32_end = PFN_PHYS(MAX_DMA32_PFN);
 129                         u64 start, limit, end;
 130                         int phys_blk;
 131
 132                         phys_blk = emu_find_memblk_by_nid(i, pi);
 133                         if (phys_blk < 0) {
 134                                 node_clear(i, physnode_mask);
 135                                 continue;
 136                         }
 137                         start = pi->blk[phys_blk].start;
 138                         limit = pi->blk[phys_blk].end;
 139                         end = start + size;
 140
 141                         if (nid < big)
 142                                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
 143
 144                         /*
 145                          * Continue to add memory to this fake node if its
 146                          * non-reserved memory is less than the per-node size.
 147                          */
 148                         while (end - start - mem_hole_size(start, end) < size) {
 149                                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
 150                                 if (end > limit) {
 151                                         end = limit;
 152                                         break;
 153                                 }
 154                         }
 155
 156                         /*
 157                          * If there won't be at least FAKE_NODE_MIN_SIZE of
 158                          * non-reserved memory in ZONE_DMA32 for the next node,
 159                          * this one must extend to the boundary.
 160                          */
 161                         if (end < dma32_end && dma32_end - end -
 162                             mem_hole_size(end, dma32_end) < FAKE_NODE_MIN_SIZE)
 163                                 end = dma32_end;
 164
 165                         /*
 166                          * If there won't be enough non-reserved memory for the
 167                          * next node, this one must extend to the end of the
 168                          * physical node.
 169                          */
 170                         if (limit - end - mem_hole_size(end, limit) < size)
 171                                 end = limit;
 172
 173                         ret = emu_setup_memblk(ei, pi, nid++ % nr_nodes,
 174                                                phys_blk,
 175                                                min(end, limit) - start);
 176                         if (ret < 0)
 177                                 return ret;
 178                 }
 179         }
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 /*
 184  * Returns the end address of a node so that there is at least `size' amount of
 185  * non-reserved memory or `max_addr' is reached.
 186  */
 187 static u64 __init find_end_of_node(u64 start, u64 max_addr, u64 size)
 188 {
 189         u64 end = start + size;
 190
 191         while (end - start - mem_hole_size(start, end) < size) {
 192                 end += FAKE_NODE_MIN_SIZE;
 193                 if (end > max_addr) {
 194                         end = max_addr;
 195                         break;
 196                 }
 197         }
 198         return end;
 199 }
 200
 201 /*
 202  * Sets up fake nodes of `size' interleaved over physical nodes ranging from
 203  * `addr' to `max_addr'.  The return value is the number of nodes allocated.
 204  */
 205 static int __init split_nodes_size_interleave(struct numa_meminfo *ei,
 206                                               struct numa_meminfo *pi,
 207                                               u64 addr, u64 max_addr, u64 size)
 208 {
 209         nodemask_t physnode_mask = NODE_MASK_NONE;
 210         u64 min_size;
 211         int nid = 0;
 212         int i, ret;
 213
 214         if (!size)
 215                 return -1;
 216         /*
 217          * The limit on emulated nodes is MAX_NUMNODES, so the size per node is
 218          * increased accordingly if the requested size is too small.  This
 219          * creates a uniform distribution of node sizes across the entire
 220          * machine (but not necessarily over physical nodes).
 221          */
 222         min_size = (max_addr - addr - mem_hole_size(addr, max_addr)) / MAX_NUMNODES;
 223         min_size = max(min_size, FAKE_NODE_MIN_SIZE);
 224         if ((min_size & FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK) < min_size)
 225                 min_size = (min_size + FAKE_NODE_MIN_SIZE) &
 226                                                 FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
 227         if (size < min_size) {
 228                 pr_err("Fake node size %LuMB too small, increasing to %LuMB\n",
 229                         size >> 20, min_size >> 20);
 230                 size = min_size;
 231         }
 232         size &= FAKE_NODE_MIN_HASH_MASK;
 233
 234         for (i = 0; i < pi->nr_blks; i++)
 235                 node_set(pi->blk[i].nid, physnode_mask);
 236
 237         /*
 238          * Fill physical nodes with fake nodes of size until there is no memory
 239          * left on any of them.
 240          */
 241         while (nodes_weight(physnode_mask)) {
 242                 for_each_node_mask(i, physnode_mask) {
 243                         u64 dma32_end = PFN_PHYS(MAX_DMA32_PFN);
 244                         u64 start, limit, end;
 245                         int phys_blk;
 246
 247                         phys_blk = emu_find_memblk_by_nid(i, pi);
 248                         if (phys_blk < 0) {
 249                                 node_clear(i, physnode_mask);
 250                                 continue;
 251                         }
 252                         start = pi->blk[phys_blk].start;
 253                         limit = pi->blk[phys_blk].end;
 254
 255                         end = find_end_of_node(start, limit, size);
 256                         /*
 257                          * If there won't be at least FAKE_NODE_MIN_SIZE of
 258                          * non-reserved memory in ZONE_DMA32 for the next node,
 259                          * this one must extend to the boundary.
 260                          */
 261                         if (end < dma32_end && dma32_end - end -
 262                             mem_hole_size(end, dma32_end) < FAKE_NODE_MIN_SIZE)
 263                                 end = dma32_end;
 264
 265                         /*
 266                          * If there won't be enough non-reserved memory for the
 267                          * next node, this one must extend to the end of the
 268                          * physical node.
 269                          */
 270                         if (limit - end - mem_hole_size(end, limit) < size)
 271                                 end = limit;
 272
 273                         ret = emu_setup_memblk(ei, pi, nid++ % MAX_NUMNODES,
 274                                                phys_blk,
 275                                                min(end, limit) - start);
 276                         if (ret < 0)
 277                                 return ret;
 278                 }
 279         }
 280         return 0;
 281 }
 282
 283 /**
 284  * numa_emulation - Emulate NUMA nodes
 285  * @numa_meminfo: NUMA configuration to massage
 286  * @numa_dist_cnt: The size of the physical NUMA distance table
 287  *
 288  * Emulate NUMA nodes according to the numa=fake kernel parameter.
 289  * @numa_meminfo contains the physical memory configuration and is modified
 290  * to reflect the emulated configuration on success.  @numa_dist_cnt is
 291  * used to determine the size of the physical distance table.
 292  *
 293  * On success, the following modifications are made.
 294  *
 295  * - @numa_meminfo is updated to reflect the emulated nodes.
 296  *
 297  * - __apicid_to_node[] is updated such that APIC IDs are mapped to the
 298  *   emulated nodes.
 299  *
 300  * - NUMA distance table is rebuilt to represent distances between emulated
 301  *   nodes.  The distances are determined considering how emulated nodes
 302  *   are mapped to physical nodes and match the actual distances.
 303  *
 304  * - emu_nid_to_phys[] reflects how emulated nodes are mapped to physical
 305  *   nodes.  This is used by numa_add_cpu() and numa_remove_cpu().
 306  *
 307  * If emulation is not enabled or fails, emu_nid_to_phys[] is filled with
 308  * identity mapping and no other modification is made.
 309  */
 310 void __init numa_emulation(struct numa_meminfo *numa_meminfo, int numa_dist_cnt)
 311 {
 312         static struct numa_meminfo ei __initdata;
 313         static struct numa_meminfo pi __initdata;
 314         const u64 max_addr = PFN_PHYS(max_pfn);
 315         u8 *phys_dist = NULL;
 316         size_t phys_size = numa_dist_cnt * numa_dist_cnt * sizeof(phys_dist[0]);
 317         int max_emu_nid, dfl_phys_nid;
 318         int i, j, ret;
 319
 320         if (!emu_cmdline)
 321                 goto no_emu;
 322
 323         memset(&ei, 0, sizeof(ei));
 324         pi = *numa_meminfo;
 325
 326         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++)
 327                 emu_nid_to_phys[i] = NUMA_NO_NODE;
 328
 329         /*
 330          * If the numa=fake command-line contains a 'M' or 'G', it represents
 331          * the fixed node size.  Otherwise, if it is just a single number N,
 332          * split the system RAM into N fake nodes.
 333          */
 334         if (strchr(emu_cmdline, 'M') || strchr(emu_cmdline, 'G')) {
 335                 u64 size;
 336
 337                 size = memparse(emu_cmdline, &emu_cmdline);
 338                 ret = split_nodes_size_interleave(&ei, &pi, 0, max_addr, size);
 339         } else {
 340                 unsigned long n;
 341
 342                 n = simple_strtoul(emu_cmdline, &emu_cmdline, 0);
 343                 ret = split_nodes_interleave(&ei, &pi, 0, max_addr, n);
 344         }
 345         if (*emu_cmdline == ':')
 346                 emu_cmdline++;
 347
 348         if (ret < 0)
 349                 goto no_emu;
 350
 351         if (numa_cleanup_meminfo(&ei) < 0) {
 352                 pr_warning("NUMA: Warning: constructed meminfo invalid, disabling emulation\n");
 353                 goto no_emu;
 354         }
 355
 356         /* copy the physical distance table */
 357         if (numa_dist_cnt) {
 358                 u64 phys;
 359
 360                 phys = memblock_find_in_range(0, PFN_PHYS(max_pfn_mapped),
 361                                               phys_size, PAGE_SIZE);
 362                 if (!phys) {
 363                         pr_warning("NUMA: Warning: can't allocate copy of distance table, disabling emulation\n");
 364                         goto no_emu;
 365                 }
 366                 memblock_reserve(phys, phys_size);
 367                 phys_dist = __va(phys);
 368
 369                 for (i = 0; i < numa_dist_cnt; i++)
 370                         for (j = 0; j < numa_dist_cnt; j++)
 371                                 phys_dist[i * numa_dist_cnt + j] =
 372                                         node_distance(i, j);
 373         }
 374
 375         /*
 376          * Determine the max emulated nid and the default phys nid to use
 377          * for unmapped nodes.
 378          */
 379         max_emu_nid = 0;
 380         dfl_phys_nid = NUMA_NO_NODE;
 381         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(emu_nid_to_phys); i++) {
 382                 if (emu_nid_to_phys[i] != NUMA_NO_NODE) {
 383                         max_emu_nid = i;
 384                         if (dfl_phys_nid == NUMA_NO_NODE)
 385                                 dfl_phys_nid = emu_nid_to_phys[i];
 386                 }
 387         }
 388         if (dfl_phys_nid == NUMA_NO_NODE) {
 389                 pr_warning("NUMA: Warning: can't determine default physical node, disabling emulation\n");
 390                 goto no_emu;
 391         }
 392
 393         /* commit */
 394         *numa_meminfo = ei;
 395
 396         /*
 397          * Transform __apicid_to_node table to use emulated nids by
 398          * reverse-mapping phys_nid.  The maps should always exist but fall
 399          * back to zero just in case.
 400          */
 401         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(__apicid_to_node); i++) {
 402                 if (__apicid_to_node[i] == NUMA_NO_NODE)
 403                         continue;
 404                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(emu_nid_to_phys); j++)
 405                         if (__apicid_to_node[i] == emu_nid_to_phys[j])
 406                                 break;
 407                 __apicid_to_node[i] = j < ARRAY_SIZE(emu_nid_to_phys) ? j : 0;
 408         }
 409
 410         /* make sure all emulated nodes are mapped to a physical node */
 411         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(emu_nid_to_phys); i++)
 412                 if (emu_nid_to_phys[i] == NUMA_NO_NODE)
 413                         emu_nid_to_phys[i] = dfl_phys_nid;
 414
 415         /* transform distance table */
 416         numa_reset_distance();
 417         for (i = 0; i < max_emu_nid + 1; i++) {
 418                 for (j = 0; j < max_emu_nid + 1; j++) {
 419                         int physi = emu_nid_to_phys[i];
 420                         int physj = emu_nid_to_phys[j];
 421                         int dist;
 422
 423                         if (get_option(&emu_cmdline, &dist) == 2)
 424                                 ;
 425                         else if (physi >= numa_dist_cnt || physj >= numa_dist_cnt)
 426                                 dist = physi == physj ?
 427                                         LOCAL_DISTANCE : REMOTE_DISTANCE;
 428                         else
 429                                 dist = phys_dist[physi * numa_dist_cnt + physj];
 430
 431                         numa_set_distance(i, j, dist);
 432                 }
 433         }
 434
 435         /* free the copied physical distance table */
 436         if (phys_dist)
 437                 memblock_free(__pa(phys_dist), phys_size);
 438         return;
 439
 440 no_emu:
 441         /* No emulation.  Build identity emu_nid_to_phys[] for numa_add_cpu() */
 442         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(emu_nid_to_phys); i++)
 443                 emu_nid_to_phys[i] = i;
 444 }
 445
 446 #ifndef CONFIG_DEBUG_PER_CPU_MAPS
 447 void numa_add_cpu(int cpu)
 448 {
 449         int physnid, nid;
 450
 451         nid = early_cpu_to_node(cpu);
 452         BUG_ON(nid == NUMA_NO_NODE || !node_online(nid));
 453
 454         physnid = emu_nid_to_phys[nid];
 455
 456         /*
 457          * Map the cpu to each emulated node that is allocated on the physical
 458          * node of the cpu's apic id.
 459          */
 460         for_each_online_node(nid)
 461                 if (emu_nid_to_phys[nid] == physnid)
 462                         cpumask_set_cpu(cpu, node_to_cpumask_map[nid]);
 463 }
 464
 465 void numa_remove_cpu(int cpu)
 466 {
 467         int i;
 468
 469         for_each_online_node(i)
 470                 cpumask_clear_cpu(cpu, node_to_cpumask_map[i]);
 471 }
 472 #else   /* !CONFIG_DEBUG_PER_CPU_MAPS */
 473 static void numa_set_cpumask(int cpu, bool enable)
 474 {
 475         int nid, physnid;
 476
 477         nid = early_cpu_to_node(cpu);
 478         if (nid == NUMA_NO_NODE) {
 479                 /* early_cpu_to_node() already emits a warning and trace */
 480                 return;
 481         }
 482
 483         physnid = emu_nid_to_phys[nid];
 484
 485         for_each_online_node(nid) {
 486                 if (emu_nid_to_phys[nid] != physnid)
 487                         continue;
 488
 489                 debug_cpumask_set_cpu(cpu, nid, enable);
 490         }
 491 }
 492
 493 void numa_add_cpu(int cpu)
 494 {
 495         numa_set_cpumask(cpu, true);
 496 }
 497
 498 void numa_remove_cpu(int cpu)
 499 {
 500         numa_set_cpumask(cpu, false);
 501 }
 502 #endif  /* !CONFIG_DEBUG_PER_CPU_MAPS */