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