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 vm_map_t kernel_map;
 101 vm_map_t exec_map;
 102 vm_map_t pipe_map;
 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__) || defined(__sparc64__)
 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 want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (10 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (1 << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 131
 132 /*
 133  *      kva_alloc:
 134  *
 135  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 136  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 137  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 138  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 139  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 140  */
 141 vm_offset_t
 142 kva_alloc(vm_size_t size)
 143 {
 144         vm_offset_t addr;
 145
 146         size = round_page(size);
 147         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 148                 return (0);
 149
 150         return (addr);
 151 }
 152
 153 /*
 154  *      kva_free:
 155  *
 156  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 157  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 158  *      associated with that region.
 159  *
 160  *      This routine may not block on kernel maps.
 161  */
 162 void
 163 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 164 {
 165
 166         size = round_page(size);
 167         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 168 }
 169
 170 /*
 171  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 172  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 173  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 174  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 175  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 176  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 177  */
 178 static vm_offset_t
 179 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 180     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 181 {
 182         vmem_t *vmem;
 183         vm_object_t object = kernel_object;
 184         vm_offset_t addr, i, offset;
 185         vm_page_t m;
 186         int pflags, tries;
 187
 188         size = round_page(size);
 189         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 190         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 191                 return (0);
 192         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 193         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 194         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 195         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 196         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 197         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 198                 tries = 0;
 199 retry:
 200                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, atop(offset + i),
 201                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 202                 if (m == NULL) {
 203                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 204                         if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 205                                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain,
 206                                     pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0) &&
 207                                     (flags & M_WAITOK) != 0)
 208                                         vm_wait_domain(domain);
 209                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 210                                 tries++;
 211                                 goto retry;
 212                         }
 213                         kmem_unback(object, addr, i);
 214                         vmem_free(vmem, addr, size);
 215                         return (0);
 216                 }
 217                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 218                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 219                     vm_phys_domain(m), domain));
 220                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 221                         pmap_zero_page(m);
 222                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 223                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_RW,
 224                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 225         }
 226         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 227         return (addr);
 228 }
 229
 230 vm_offset_t
 231 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 232     vm_memattr_t memattr)
 233 {
 234
 235         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 236             high, memattr));
 237 }
 238
 239 vm_offset_t
 240 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 241     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 242 {
 243         struct vm_domainset_iter di;
 244         vm_offset_t addr;
 245         int domain;
 246
 247         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 248         do {
 249                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 250                     memattr);
 251                 if (addr != 0)
 252                         break;
 253         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 254
 255         return (addr);
 256 }
 257
 258 /*
 259  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 260  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 261  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 262  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 263  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 264  *      mapped.
 265  */
 266 static vm_offset_t
 267 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 268     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 269     vm_memattr_t memattr)
 270 {
 271         vmem_t *vmem;
 272         vm_object_t object = kernel_object;
 273         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 274         vm_page_t end_m, m;
 275         u_long npages;
 276         int pflags, tries;
 277
 278         size = round_page(size);
 279         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 280         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 281                 return (0);
 282         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 283         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 284         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 285         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 286         npages = atop(size);
 287         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 288         tries = 0;
 289 retry:
 290         m = vm_page_alloc_contig_domain(object, atop(offset), domain, pflags,
 291             npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 292         if (m == NULL) {
 293                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 294                 if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 295                         if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags,
 296                             npages, low, high, alignment, boundary) &&
 297                             (flags & M_WAITOK) != 0)
 298                                 vm_wait_domain(domain);
 299                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 300                         tries++;
 301                         goto retry;
 302                 }
 303                 vmem_free(vmem, addr, size);
 304                 return (0);
 305         }
 306         KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 307             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 308             vm_phys_domain(m), domain));
 309         end_m = m + npages;
 310         tmp = addr;
 311         for (; m < end_m; m++) {
 312                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 313                         pmap_zero_page(m);
 314                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 315                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 316                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 317                 tmp += PAGE_SIZE;
 318         }
 319         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 320         return (addr);
 321 }
 322
 323 vm_offset_t
 324 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 325     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 326 {
 327
 328         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 329             high, alignment, boundary, memattr));
 330 }
 331
 332 vm_offset_t
 333 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 334     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 335     vm_memattr_t memattr)
 336 {
 337         struct vm_domainset_iter di;
 338         vm_offset_t addr;
 339         int domain;
 340
 341         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 342         do {
 343                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 344                     alignment, boundary, memattr);
 345                 if (addr != 0)
 346                         break;
 347         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 348
 349         return (addr);
 350 }
 351
 352 /*
 353  *      kmem_suballoc:
 354  *
 355  *      Allocates a map to manage a subrange
 356  *      of the kernel virtual address space.
 357  *
 358  *      Arguments are as follows:
 359  *
 360  *      parent          Map to take range from
 361  *      min, max        Returned endpoints of map
 362  *      size            Size of range to find
 363  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 364  */
 365 vm_map_t
 366 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 367     vm_size_t size, boolean_t superpage_align)
 368 {
 369         int ret;
 370         vm_map_t result;
 371
 372         size = round_page(size);
 373
 374         *min = vm_map_min(parent);
 375         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 376             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 377             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 378         if (ret != KERN_SUCCESS)
 379                 panic("kmem_suballoc: bad status return of %d", ret);
 380         *max = *min + size;
 381         result = vm_map_create(vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 382         if (result == NULL)
 383                 panic("kmem_suballoc: cannot create submap");
 384         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, result) != KERN_SUCCESS)
 385                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 386         return (result);
 387 }
 388
 389 /*
 390  *      kmem_malloc_domain:
 391  *
 392  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 393  */
 394 static vm_offset_t
 395 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 396 {
 397         vmem_t *arena;
 398         vm_offset_t addr;
 399         int rv;
 400
 401 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 402         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 403                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 404         else
 405                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 406 #else
 407         arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 408 #endif
 409         size = round_page(size);
 410         if (vmem_alloc(arena, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 411                 return (0);
 412
 413         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, size, flags);
 414         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 415                 vmem_free(arena, addr, size);
 416                 return (0);
 417         }
 418         return (addr);
 419 }
 420
 421 vm_offset_t
 422 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 423 {
 424
 425         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 426 }
 427
 428 vm_offset_t
 429 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 430 {
 431         struct vm_domainset_iter di;
 432         vm_offset_t addr;
 433         int domain;
 434
 435         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 436         do {
 437                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 438                 if (addr != 0)
 439                         break;
 440         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 441
 442         return (addr);
 443 }
 444
 445 /*
 446  *      kmem_back_domain:
 447  *
 448  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 449  *      virtual address range.
 450  */
 451 int
 452 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 453     vm_size_t size, int flags)
 454 {
 455         vm_offset_t offset, i;
 456         vm_page_t m, mpred;
 457         vm_prot_t prot;
 458         int pflags;
 459
 460         KASSERT(object == kernel_object,
 461             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 462
 463         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 464         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 465         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 466         if (flags & M_WAITOK)
 467                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 468         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 469
 470         i = 0;
 471         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 472 retry:
 473         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 474         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 475                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 476                     domain, pflags, mpred);
 477
 478                 /*
 479                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 480                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 481                  * aren't on any queues.
 482                  */
 483                 if (m == NULL) {
 484                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 485                                 goto retry;
 486                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 487                         kmem_unback(object, addr, i);
 488                         return (KERN_NO_SPACE);
 489                 }
 490                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 491                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 492                     vm_phys_domain(m), domain));
 493                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 494                         pmap_zero_page(m);
 495                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 496                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 497                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 498                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 499                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 500 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 501                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 502                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 503 #endif
 504         }
 505         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 506
 507         return (KERN_SUCCESS);
 508 }
 509
 510 /*
 511  *      kmem_back:
 512  *
 513  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 514  */
 515 int
 516 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 517 {
 518         vm_offset_t end, next, start;
 519         int domain, rv;
 520
 521         KASSERT(object == kernel_object,
 522             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 523
 524         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 525                 /*
 526                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 527                  * all come from the same physical domain.
 528                  */
 529                 if (vm_ndomains > 1) {
 530                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 531                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 532                                 domain++;
 533                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 534                         if (next > end || next < start)
 535                                 next = end;
 536                 } else {
 537                         domain = 0;
 538                         next = end;
 539                 }
 540                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 541                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 542                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 543                         break;
 544                 }
 545         }
 546         return (rv);
 547 }
 548
 549 /*
 550  *      kmem_unback:
 551  *
 552  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 553  *      address range.
 554  *
 555  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 556  *      that is being unmapped.
 557  */
 558 static struct vmem *
 559 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 560 {
 561         struct vmem *arena;
 562         vm_page_t m, next;
 563         vm_offset_t end, offset;
 564         int domain;
 565
 566         KASSERT(object == kernel_object,
 567             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 568
 569         if (size == 0)
 570                 return (NULL);
 571         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 572         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 573         end = offset + size;
 574         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 575         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 576         domain = vm_phys_domain(m);
 577 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 578         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 579                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 580         else
 581                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 582 #else
 583         arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 584 #endif
 585         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 586                 next = vm_page_next(m);
 587                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
 588                 vm_page_free(m);
 589         }
 590         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 591
 592         return (arena);
 593 }
 594
 595 void
 596 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 597 {
 598
 599         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 600 }
 601
 602 /*
 603  *      kmem_free:
 604  *
 605  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 606  *      original allocation.
 607  */
 608 void
 609 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 610 {
 611         struct vmem *arena;
 612
 613         size = round_page(size);
 614         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 615         if (arena != NULL)
 616                 vmem_free(arena, addr, size);
 617 }
 618
 619 /*
 620  *      kmap_alloc_wait:
 621  *
 622  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 623  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 624  *
 625  *      This routine may block.
 626  */
 627 vm_offset_t
 628 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 629 {
 630         vm_offset_t addr;
 631
 632         size = round_page(size);
 633         if (!swap_reserve(size))
 634                 return (0);
 635
 636         for (;;) {
 637                 /*
 638                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 639                  * to lock out sleepers/wakers.
 640                  */
 641                 vm_map_lock(map);
 642                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) == 0)
 643                         break;
 644                 /* no space now; see if we can ever get space */
 645                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 646                         vm_map_unlock(map);
 647                         swap_release(size);
 648                         return (0);
 649                 }
 650                 map->needs_wakeup = TRUE;
 651                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 652         }
 653         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 654             MAP_ACC_CHARGED);
 655         vm_map_unlock(map);
 656         return (addr);
 657 }
 658
 659 /*
 660  *      kmap_free_wakeup:
 661  *
 662  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 663  *      waiting for memory in that map.
 664  */
 665 void
 666 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 667 {
 668
 669         vm_map_lock(map);
 670         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 671         if (map->needs_wakeup) {
 672                 map->needs_wakeup = FALSE;
 673                 vm_map_wakeup(map);
 674         }
 675         vm_map_unlock(map);
 676 }
 677
 678 void
 679 kmem_init_zero_region(void)
 680 {
 681         vm_offset_t addr, i;
 682         vm_page_t m;
 683
 684         /*
 685          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 686          * This requires less looping in places that want large amounts of
 687          * zeros, while not using much more physical resources.
 688          */
 689         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 690         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
 691             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 692         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
 693                 pmap_zero_page(m);
 694         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 695                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 696         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 697
 698         zero_region = (const void *)addr;
 699 }
 700
 701 /*
 702  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 703  */
 704 static int
 705 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 706 {
 707         vm_offset_t addr;
 708         int result;
 709
 710         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 711             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 712             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 713         addr = vm_map_min(kernel_map);
 714         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 715             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 716         if (result != KERN_SUCCESS)
 717                 return (ENOMEM);
 718
 719         *addrp = addr;
 720
 721         return (0);
 722 }
 723
 724 /*
 725  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 726  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 727  */
 728 static int
 729 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 730 {
 731
 732         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 733             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 734             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 735         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 736             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 737 }
 738
 739 /*
 740  *      kmem_init:
 741  *
 742  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 743  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 744  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 745  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 746  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 747  */
 748 void
 749 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 750 {
 751         vm_map_t m;
 752         int domain;
 753
 754         m = vm_map_create(kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 755         m->system_map = 1;
 756         vm_map_lock(m);
 757         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 758         kernel_map = m;
 759         (void) vm_map_insert(m, NULL, (vm_ooffset_t) 0,
 760 #ifdef __amd64__
 761             KERNBASE,
 762 #else
 763             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 764 #endif
 765             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 766         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 767         vm_map_unlock(m);
 768
 769         /*
 770          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 771          */
 772         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 773         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, KVA_QUANTUM);
 774
 775         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 776                 /*
 777                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 778                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 779                  * are backed by memory from the same physical domain,
 780                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 781                  */
 782                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 783                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 784                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 785                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 786
 787                 /*
 788                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 789                  * for allocations with permissions that differ from the
 790                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 791                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 792                  */
 793 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 794                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 795                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 796                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 797                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 798                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 799 #endif
 800         }
 801 }
 802
 803 /*
 804  *      kmem_bootstrap_free:
 805  *
 806  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 807  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 808  *      vm_phys segment for preloaded data.
 809  */
 810 void
 811 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 812 {
 813 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 814         struct vm_domain *vmd;
 815         vm_offset_t end, va;
 816         vm_paddr_t pa;
 817         vm_page_t m;
 818
 819         end = trunc_page(start + size);
 820         start = round_page(start);
 821
 822         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 823                 pa = pmap_kextract(va);
 824                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 825
 826                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 827                 vm_domain_free_lock(vmd);
 828                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 829                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 830
 831                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 832                 vm_cnt.v_page_count++;
 833         }
 834         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 835         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 836 #endif
 837 }
 838
 839 #ifdef DIAGNOSTIC
 840 /*
 841  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 842  * purposes.
 843  */
 844 static int
 845 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 846 {
 847         int error, i;
 848
 849         i = 0;
 850         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 851         if (error)
 852                 return (error);
 853         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 854                 return (EINVAL);
 855         if (i != 0)
 856                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 857         return (0);
 858 }
 859
 860 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 861     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 862 #endif