sys/vm/vm_kern.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_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
  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  *      Kernel memory management.
  65  */
  66
  67 #include <sys/cdefs.h>
  68 __FBSDID("$FreeBSD$");
  69
  70 #include "opt_vm.h"
  71
  72 #include <sys/param.h>
  73 #include <sys/systm.h>
  74 #include <sys/kernel.h>         /* for ticks and hz */
  75 #include <sys/domainset.h>
  76 #include <sys/eventhandler.h>
  77 #include <sys/lock.h>
  78 #include <sys/proc.h>
  79 #include <sys/malloc.h>
  80 #include <sys/rwlock.h>
  81 #include <sys/sysctl.h>
  82 #include <sys/vmem.h>
  83 #include <sys/vmmeter.h>
  84
  85 #include <vm/vm.h>
  86 #include <vm/vm_param.h>
  87 #include <vm/vm_domainset.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/pmap.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_object.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_pageout.h>
  94 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  95 #include <vm/vm_phys.h>
  96 #include <vm/vm_radix.h>
  97 #include <vm/vm_extern.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99
 100 struct vm_map kernel_map_store;
 101 struct vm_map exec_map_store;
 102 struct vm_map pipe_map_store;
 103
 104 const void *zero_region;
 105 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 106
 107 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 108 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 109
 110 u_int exec_map_entry_size;
 111 u_int exec_map_entries;
 112
 113 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 114     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 115
 116 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 117 #if defined(__arm__)
 118     &vm_max_kernel_address, 0,
 119 #else
 120     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 121 #endif
 122     "Max kernel address");
 123
 124 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 125 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 126 #else
 127 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (1 << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 131 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 132
 133 extern void     uma_startup2(void);
 134
 135 /*
 136  *      kva_alloc:
 137  *
 138  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 139  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 140  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 141  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 142  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 143  */
 144 vm_offset_t
 145 kva_alloc(vm_size_t size)
 146 {
 147         vm_offset_t addr;
 148
 149         size = round_page(size);
 150         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 151                 return (0);
 152
 153         return (addr);
 154 }
 155
 156 /*
 157  *      kva_free:
 158  *
 159  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 160  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 161  *      associated with that region.
 162  *
 163  *      This routine may not block on kernel maps.
 164  */
 165 void
 166 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 167 {
 168
 169         size = round_page(size);
 170         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 171 }
 172
 173 static vm_page_t
 174 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 175     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 176     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 177 {
 178         vm_page_t m;
 179         int tries;
 180         bool wait;
 181
 182         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 183
 184         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 185         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 186         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 187         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 188                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 189                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 190                 if (m != NULL || tries == 0)
 191                         break;
 192
 193                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 194                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 195                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 196                         vm_wait_domain(domain);
 197                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 198         }
 199         return (m);
 200 }
 201
 202 /*
 203  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 204  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 205  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 206  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 207  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 208  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 209  */
 210 static vm_offset_t
 211 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 212     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 213 {
 214         vmem_t *vmem;
 215         vm_object_t object;
 216         vm_offset_t addr, i, offset;
 217         vm_page_t m;
 218         int pflags;
 219         vm_prot_t prot;
 220
 221         object = kernel_object;
 222         size = round_page(size);
 223         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 224         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 225                 return (0);
 226         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 227         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 228         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 229         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 230         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 231                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 232                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 233                 if (m == NULL) {
 234                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 235                         kmem_unback(object, addr, i);
 236                         vmem_free(vmem, addr, size);
 237                         return (0);
 238                 }
 239                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 240                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 241                     vm_page_domain(m), domain));
 242                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 243                         pmap_zero_page(m);
 244                 vm_page_valid(m);
 245                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 246                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 247         }
 248         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 249         return (addr);
 250 }
 251
 252 vm_offset_t
 253 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 254     vm_memattr_t memattr)
 255 {
 256
 257         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 258             high, memattr));
 259 }
 260
 261 vm_offset_t
 262 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 263     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 264 {
 265         struct vm_domainset_iter di;
 266         vm_offset_t addr;
 267         int domain, iflags;
 268
 269         /*
 270          * Do not allow the domainset iterator to override wait flags.  The
 271          * contiguous memory allocator defines special semantics for M_WAITOK
 272          * that do not match the iterator's implementation.
 273          */
 274         iflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
 275         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &iflags);
 276         do {
 277                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 278                     memattr);
 279                 if (addr != 0)
 280                         break;
 281         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 282
 283         return (addr);
 284 }
 285
 286 /*
 287  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 288  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 289  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 290  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 291  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 292  *      mapped.
 293  */
 294 static vm_offset_t
 295 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 296     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 297     vm_memattr_t memattr)
 298 {
 299         vmem_t *vmem;
 300         vm_object_t object;
 301         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 302         vm_page_t end_m, m;
 303         u_long npages;
 304         int pflags;
 305
 306         object = kernel_object;
 307         size = round_page(size);
 308         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 309         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 310                 return (0);
 311         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 312         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 313         npages = atop(size);
 314         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 315         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 316             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 317         if (m == NULL) {
 318                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 319                 vmem_free(vmem, addr, size);
 320                 return (0);
 321         }
 322         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 323             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 324             vm_page_domain(m), domain));
 325         end_m = m + npages;
 326         tmp = addr;
 327         for (; m < end_m; m++) {
 328                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 329                         pmap_zero_page(m);
 330                 vm_page_valid(m);
 331                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 332                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 333                 tmp += PAGE_SIZE;
 334         }
 335         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 336         return (addr);
 337 }
 338
 339 vm_offset_t
 340 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 341     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 342 {
 343
 344         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 345             high, alignment, boundary, memattr));
 346 }
 347
 348 vm_offset_t
 349 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 350     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 351     vm_memattr_t memattr)
 352 {
 353         struct vm_domainset_iter di;
 354         vm_offset_t addr;
 355         int domain, iflags;
 356
 357         /*
 358          * Do not allow the domainset iterator to override wait flags.  The
 359          * contiguous memory allocator defines special semantics for M_WAITOK
 360          * that do not match the iterator's implementation.
 361          */
 362         iflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
 363         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &iflags);
 364         do {
 365                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 366                     alignment, boundary, memattr);
 367                 if (addr != 0)
 368                         break;
 369         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 370
 371         return (addr);
 372 }
 373
 374 /*
 375  *      kmem_subinit:
 376  *
 377  *      Initializes a map to manage a subrange
 378  *      of the kernel virtual address space.
 379  *
 380  *      Arguments are as follows:
 381  *
 382  *      parent          Map to take range from
 383  *      min, max        Returned endpoints of map
 384  *      size            Size of range to find
 385  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 386  */
 387 void
 388 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 389     vm_size_t size, bool superpage_align)
 390 {
 391         int ret;
 392
 393         size = round_page(size);
 394
 395         *min = vm_map_min(parent);
 396         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 397             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 398             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 399         if (ret != KERN_SUCCESS)
 400                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 401         *max = *min + size;
 402         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 403         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 404                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 405 }
 406
 407 /*
 408  *      kmem_malloc_domain:
 409  *
 410  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 411  */
 412 static vm_offset_t
 413 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 414 {
 415         vmem_t *arena;
 416         vm_offset_t addr;
 417         int rv;
 418
 419         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 420                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 421         else
 422                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 423         size = round_page(size);
 424         if (vmem_alloc(arena, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 425                 return (0);
 426
 427         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, size, flags);
 428         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 429                 vmem_free(arena, addr, size);
 430                 return (0);
 431         }
 432         return (addr);
 433 }
 434
 435 vm_offset_t
 436 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 437 {
 438
 439         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 440 }
 441
 442 vm_offset_t
 443 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 444 {
 445         struct vm_domainset_iter di;
 446         vm_offset_t addr;
 447         int domain;
 448
 449         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 450         do {
 451                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 452                 if (addr != 0)
 453                         break;
 454         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 455
 456         return (addr);
 457 }
 458
 459 /*
 460  *      kmem_back_domain:
 461  *
 462  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 463  *      virtual address range.
 464  */
 465 int
 466 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 467     vm_size_t size, int flags)
 468 {
 469         vm_offset_t offset, i;
 470         vm_page_t m, mpred;
 471         vm_prot_t prot;
 472         int pflags;
 473
 474         KASSERT(object == kernel_object,
 475             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 476
 477         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 478         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 479         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 480         if (flags & M_WAITOK)
 481                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 482         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 483
 484         i = 0;
 485         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 486 retry:
 487         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 488         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 489                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 490                     domain, pflags, mpred);
 491
 492                 /*
 493                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 494                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 495                  * aren't on any queues.
 496                  */
 497                 if (m == NULL) {
 498                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 499                                 goto retry;
 500                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 501                         kmem_unback(object, addr, i);
 502                         return (KERN_NO_SPACE);
 503                 }
 504                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 505                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 506                     vm_page_domain(m), domain));
 507                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 508                         pmap_zero_page(m);
 509                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 510                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 511                 vm_page_valid(m);
 512                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 513                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 514                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 515                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 516         }
 517         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 518
 519         return (KERN_SUCCESS);
 520 }
 521
 522 /*
 523  *      kmem_back:
 524  *
 525  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 526  */
 527 int
 528 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 529 {
 530         vm_offset_t end, next, start;
 531         int domain, rv;
 532
 533         KASSERT(object == kernel_object,
 534             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 535
 536         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 537                 /*
 538                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 539                  * all come from the same physical domain.
 540                  */
 541                 if (vm_ndomains > 1) {
 542                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 543                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 544                                 domain++;
 545                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 546                         if (next > end || next < start)
 547                                 next = end;
 548                 } else {
 549                         domain = 0;
 550                         next = end;
 551                 }
 552                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 553                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 554                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 555                         break;
 556                 }
 557         }
 558         return (rv);
 559 }
 560
 561 /*
 562  *      kmem_unback:
 563  *
 564  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 565  *      address range.
 566  *
 567  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 568  *      that is being unmapped.
 569  */
 570 static struct vmem *
 571 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 572 {
 573         struct vmem *arena;
 574         vm_page_t m, next;
 575         vm_offset_t end, offset;
 576         int domain;
 577
 578         KASSERT(object == kernel_object,
 579             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 580
 581         if (size == 0)
 582                 return (NULL);
 583         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 584         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 585         end = offset + size;
 586         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 587         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 588         domain = vm_page_domain(m);
 589         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 590                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 591         else
 592                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 593         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 594                 next = vm_page_next(m);
 595                 vm_page_xbusy_claim(m);
 596                 vm_page_unwire_noq(m);
 597                 vm_page_free(m);
 598         }
 599         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 600
 601         return (arena);
 602 }
 603
 604 void
 605 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 606 {
 607
 608         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 609 }
 610
 611 /*
 612  *      kmem_free:
 613  *
 614  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 615  *      original allocation.
 616  */
 617 void
 618 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 619 {
 620         struct vmem *arena;
 621
 622         size = round_page(size);
 623         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 624         if (arena != NULL)
 625                 vmem_free(arena, addr, size);
 626 }
 627
 628 /*
 629  *      kmap_alloc_wait:
 630  *
 631  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 632  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 633  *
 634  *      This routine may block.
 635  */
 636 vm_offset_t
 637 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 638 {
 639         vm_offset_t addr;
 640
 641         size = round_page(size);
 642         if (!swap_reserve(size))
 643                 return (0);
 644
 645         for (;;) {
 646                 /*
 647                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 648                  * to lock out sleepers/wakers.
 649                  */
 650                 vm_map_lock(map);
 651                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 652                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 653                         break;
 654                 /* no space now; see if we can ever get space */
 655                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 656                         vm_map_unlock(map);
 657                         swap_release(size);
 658                         return (0);
 659                 }
 660                 map->needs_wakeup = TRUE;
 661                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 662         }
 663         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 664             MAP_ACC_CHARGED);
 665         vm_map_unlock(map);
 666         return (addr);
 667 }
 668
 669 /*
 670  *      kmap_free_wakeup:
 671  *
 672  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 673  *      waiting for memory in that map.
 674  */
 675 void
 676 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 677 {
 678
 679         vm_map_lock(map);
 680         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 681         if (map->needs_wakeup) {
 682                 map->needs_wakeup = FALSE;
 683                 vm_map_wakeup(map);
 684         }
 685         vm_map_unlock(map);
 686 }
 687
 688 void
 689 kmem_init_zero_region(void)
 690 {
 691         vm_offset_t addr, i;
 692         vm_page_t m;
 693
 694         /*
 695          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 696          * This requires less looping in places that want large amounts of
 697          * zeros, while not using much more physical resources.
 698          */
 699         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 700         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
 701             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 702         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
 703                 pmap_zero_page(m);
 704         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 705                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 706         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 707
 708         zero_region = (const void *)addr;
 709 }
 710
 711 /*
 712  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 713  */
 714 static int
 715 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 716 {
 717         vm_offset_t addr;
 718         int result;
 719
 720         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 721             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 722             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 723         addr = vm_map_min(kernel_map);
 724         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 725             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 726         if (result != KERN_SUCCESS)
 727                 return (ENOMEM);
 728
 729         *addrp = addr;
 730
 731         return (0);
 732 }
 733
 734 /*
 735  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 736  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 737  */
 738 static int
 739 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 740 {
 741
 742         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 743             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 744             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 745         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 746             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 747 }
 748
 749 /*
 750  *      kmem_init:
 751  *
 752  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 753  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 754  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 755  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 756  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 757  */
 758 void
 759 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 760 {
 761         vm_size_t quantum;
 762         int domain;
 763
 764         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 765         kernel_map->system_map = 1;
 766         vm_map_lock(kernel_map);
 767         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 768         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 769 #ifdef __amd64__
 770             KERNBASE,
 771 #else
 772             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 773 #endif
 774             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 775         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 776
 777 #ifdef __amd64__
 778         /*
 779          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 780          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 781          * instead.
 782          */
 783         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 784             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 785             sizeof(struct vm_page)),
 786             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 787 #endif
 788         vm_map_unlock(kernel_map);
 789
 790         /*
 791          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 792          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 793          * the per-domain arenas.
 794          */
 795         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 796                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 797         else
 798                 quantum = KVA_QUANTUM;
 799
 800         /*
 801          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 802          */
 803         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 804         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 805
 806         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 807                 /*
 808                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 809                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 810                  * are backed by memory from the same physical domain,
 811                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 812                  */
 813                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 814                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 815                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 816                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 817
 818                 /*
 819                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 820                  * for allocations with permissions that differ from the
 821                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 822                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 823                  *
 824                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 825                  */
 826 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 827                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 828                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 829                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 830                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 831                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 832 #else
 833                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 834                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 835 #endif
 836         }
 837
 838         /*
 839          * This must be the very first call so that the virtual address
 840          * space used for early allocations is properly marked used in
 841          * the map.
 842          */
 843         uma_startup2();
 844 }
 845
 846 /*
 847  *      kmem_bootstrap_free:
 848  *
 849  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 850  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 851  *      vm_phys segment for preloaded data.
 852  */
 853 void
 854 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 855 {
 856 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 857         struct vm_domain *vmd;
 858         vm_offset_t end, va;
 859         vm_paddr_t pa;
 860         vm_page_t m;
 861
 862         end = trunc_page(start + size);
 863         start = round_page(start);
 864
 865 #ifdef __amd64__
 866         /*
 867          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 868          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 869          * is updated.
 870          */
 871         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 872 #endif
 873         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 874                 pa = pmap_kextract(va);
 875                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 876
 877                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 878                 vm_domain_free_lock(vmd);
 879                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 880                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 881
 882                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 883                 vm_cnt.v_page_count++;
 884         }
 885         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 886         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 887 #endif
 888 }
 889
 890 /*
 891  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 892  * purposes.
 893  */
 894 static int
 895 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 896 {
 897         int error, i;
 898
 899         i = 0;
 900         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 901         if (error)
 902                 return (error);
 903         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 904                 return (EINVAL);
 905         if (i != 0)
 906                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 907         return (0);
 908 }
 909
 910 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 911     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");