sys/vm/vm_init.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_init.c     8.1 (Berkeley) 6/11/93
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  */
  62
  63 /*
  64  *      Initialize the Virtual Memory subsystem.
  65  */
  66
  67 #include <sys/cdefs.h>
  68 __FBSDID("$FreeBSD$");
  69
  70 #include <sys/param.h>
  71 #include <sys/kernel.h>
  72 #include <sys/lock.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/rwlock.h>
  75 #include <sys/malloc.h>
  76 #include <sys/sysctl.h>
  77 #include <sys/systm.h>
  78 #include <sys/selinfo.h>
  79 #include <sys/smp.h>
  80 #include <sys/pipe.h>
  81 #include <sys/bio.h>
  82 #include <sys/buf.h>
  83 #include <sys/vmem.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85
  86 #include <vm/vm.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/vm_object.h>
  90 #include <vm/vm_page.h>
  91 #include <vm/vm_phys.h>
  92 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  93 #include <vm/vm_map.h>
  94 #include <vm/vm_pager.h>
  95 #include <vm/vm_extern.h>
  96
  97 extern void     uma_startup1(void);
  98 extern void     uma_startup2(void);
  99 extern void     vm_radix_reserve_kva(void);
 100
 101 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 102 #define KVA_QUANTUM     (1 << (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT))
 103 #else
 104         /* On non-superpage architectures want large import sizes. */
 105 #define KVA_QUANTUM     (PAGE_SIZE * 1024)
 106 #endif
 107 long physmem;
 108
 109 /*
 110  * System initialization
 111  */
 112 static void vm_mem_init(void *);
 113 SYSINIT(vm_mem, SI_SUB_VM, SI_ORDER_FIRST, vm_mem_init, NULL);
 114
 115 /*
 116  * Import kva into the kernel arena.
 117  */
 118 static int
 119 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 120 {
 121         vm_offset_t addr;
 122         int result;
 123
 124         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 125             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 126             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 127         addr = vm_map_min(kernel_map);
 128         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 129             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 130         if (result != KERN_SUCCESS)
 131                 return (ENOMEM);
 132
 133         *addrp = addr;
 134
 135         return (0);
 136 }
 137
 138 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 139 /*
 140  * Import a superpage from the normal kernel arena into the special
 141  * arena for allocations with different permissions.
 142  */
 143 static int
 144 kernel_rwx_alloc(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 145 {
 146
 147         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 148             ("kernel_rwx_alloc: Size %jd is not a multiple of %d",
 149             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 150         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 151             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 152 }
 153 #endif
 154
 155 /*
 156  *      vm_init initializes the virtual memory system.
 157  *      This is done only by the first cpu up.
 158  *
 159  *      The start and end address of physical memory is passed in.
 160  */
 161 /* ARGSUSED*/
 162 static void
 163 vm_mem_init(dummy)
 164         void *dummy;
 165 {
 166         int domain;
 167
 168         /*
 169          * Initializes resident memory structures. From here on, all physical
 170          * memory is accounted for, and we use only virtual addresses.
 171          */
 172         vm_set_page_size();
 173         virtual_avail = vm_page_startup(virtual_avail);
 174
 175 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
 176         /* Announce page availability to UMA. */
 177         uma_startup1();
 178 #endif
 179         /*
 180          * Initialize other VM packages
 181          */
 182         vmem_startup();
 183         vm_object_init();
 184         vm_map_startup();
 185         kmem_init(virtual_avail, virtual_end);
 186
 187         /*
 188          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 189          */
 190         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 191         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, KVA_QUANTUM);
 192
 193 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 194         /*
 195          * In an architecture with superpages, maintain a separate arena
 196          * for allocations with permissions that differ from the "standard"
 197          * read/write permissions used for memory in the kernel_arena.
 198          */
 199         kernel_rwx_arena = vmem_create("kernel rwx arena", 0, 0, PAGE_SIZE,
 200             0, M_WAITOK);
 201         vmem_set_import(kernel_rwx_arena, kernel_rwx_alloc,
 202             (vmem_release_t *)vmem_xfree, kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 203 #endif
 204
 205         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 206                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 207                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 208                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 209                     (vmem_import_t *)vmem_alloc, NULL, kernel_arena,
 210                     KVA_QUANTUM);
 211 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 212                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 213                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 214                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 215                     kernel_rwx_alloc, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 216                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 217 #endif
 218         }
 219
 220 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 221         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
 222         vm_radix_reserve_kva();
 223 #endif
 224         /* Announce full page availability to UMA. */
 225         uma_startup2();
 226         kmem_init_zero_region();
 227         pmap_init();
 228         vm_pager_init();
 229 }
 230
 231 void
 232 vm_ksubmap_init(struct kva_md_info *kmi)
 233 {
 234         vm_offset_t firstaddr;
 235         caddr_t v;
 236         vm_size_t size = 0;
 237         long physmem_est;
 238         vm_offset_t minaddr;
 239         vm_offset_t maxaddr;
 240
 241         /*
 242          * Allocate space for system data structures.
 243          * The first available kernel virtual address is in "v".
 244          * As pages of kernel virtual memory are allocated, "v" is incremented.
 245          * As pages of memory are allocated and cleared,
 246          * "firstaddr" is incremented.
 247          */
 248
 249         /*
 250          * Make two passes.  The first pass calculates how much memory is
 251          * needed and allocates it.  The second pass assigns virtual
 252          * addresses to the various data structures.
 253          */
 254         firstaddr = 0;
 255 again:
 256         v = (caddr_t)firstaddr;
 257
 258         /*
 259          * Discount the physical memory larger than the size of kernel_map
 260          * to avoid eating up all of KVA space.
 261          */
 262         physmem_est = lmin(physmem, btoc(kernel_map->max_offset -
 263             kernel_map->min_offset));
 264
 265         v = kern_vfs_bio_buffer_alloc(v, physmem_est);
 266
 267         /*
 268          * End of first pass, size has been calculated so allocate memory
 269          */
 270         if (firstaddr == 0) {
 271                 size = (vm_size_t)v;
 272 #ifdef VM_FREELIST_DMA32
 273                 /*
 274                  * Try to protect 32-bit DMAable memory from the largest
 275                  * early alloc of wired mem.
 276                  */
 277                 firstaddr = kmem_alloc_attr(kernel_arena, size,
 278                     M_ZERO | M_NOWAIT, (vm_paddr_t)1 << 32,
 279                     ~(vm_paddr_t)0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 280                 if (firstaddr == 0)
 281 #endif
 282                         firstaddr = kmem_malloc(kernel_arena, size,
 283                             M_ZERO | M_WAITOK);
 284                 if (firstaddr == 0)
 285                         panic("startup: no room for tables");
 286                 goto again;
 287         }
 288
 289         /*
 290          * End of second pass, addresses have been assigned
 291          */
 292         if ((vm_size_t)((char *)v - firstaddr) != size)
 293                 panic("startup: table size inconsistency");
 294
 295         /*
 296          * Allocate the clean map to hold all of the paging and I/O virtual
 297          * memory.
 298          */
 299         size = (long)nbuf * BKVASIZE + (long)nswbuf * MAXPHYS +
 300             (long)bio_transient_maxcnt * MAXPHYS;
 301         kmi->clean_sva = firstaddr = kva_alloc(size);
 302         kmi->clean_eva = firstaddr + size;
 303
 304         /*
 305          * Allocate the buffer arena.
 306          *
 307          * Enable the quantum cache if we have more than 4 cpus.  This
 308          * avoids lock contention at the expense of some fragmentation.
 309          */
 310         size = (long)nbuf * BKVASIZE;
 311         kmi->buffer_sva = firstaddr;
 312         kmi->buffer_eva = kmi->buffer_sva + size;
 313         vmem_init(buffer_arena, "buffer arena", kmi->buffer_sva, size,
 314             PAGE_SIZE, (mp_ncpus > 4) ? BKVASIZE * 8 : 0, 0);
 315         firstaddr += size;
 316
 317         /*
 318          * Now swap kva.
 319          */
 320         swapbkva = firstaddr;
 321         size = (long)nswbuf * MAXPHYS;
 322         firstaddr += size;
 323
 324         /*
 325          * And optionally transient bio space.
 326          */
 327         if (bio_transient_maxcnt != 0) {
 328                 size = (long)bio_transient_maxcnt * MAXPHYS;
 329                 vmem_init(transient_arena, "transient arena",
 330                     firstaddr, size, PAGE_SIZE, 0, 0);
 331                 firstaddr += size;
 332         }
 333         if (firstaddr != kmi->clean_eva)
 334                 panic("Clean map calculation incorrect");
 335
 336         /*
 337          * Allocate the pageable submaps.  We may cache an exec map entry per
 338          * CPU, so we therefore need to reserve space for at least ncpu+1
 339          * entries to avoid deadlock.  The exec map is also used by some image
 340          * activators, so we leave a fixed number of pages for their use.
 341          */
 342 #ifdef __LP64__
 343         exec_map_entries = 8 * mp_ncpus;
 344 #else
 345         exec_map_entries = 2 * mp_ncpus + 4;
 346 #endif
 347         exec_map_entry_size = round_page(PATH_MAX + ARG_MAX);
 348         exec_map = kmem_suballoc(kernel_map, &minaddr, &maxaddr,
 349             exec_map_entries * exec_map_entry_size + 64 * PAGE_SIZE, FALSE);
 350         pipe_map = kmem_suballoc(kernel_map, &minaddr, &maxaddr, maxpipekva,
 351             FALSE);
 352 }