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/asan.h>
  75 #include <sys/domainset.h>
  76 #include <sys/eventhandler.h>
  77 #include <sys/kernel.h>
  78 #include <sys/lock.h>
  79 #include <sys/malloc.h>
  80 #include <sys/proc.h>
  81 #include <sys/rwlock.h>
  82 #include <sys/sysctl.h>
  83 #include <sys/vmem.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85
  86 #include <vm/vm.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_domainset.h>
  89 #include <vm/vm_kern.h>
  90 #include <vm/pmap.h>
  91 #include <vm/vm_map.h>
  92 #include <vm/vm_object.h>
  93 #include <vm/vm_page.h>
  94 #include <vm/vm_pageout.h>
  95 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  96 #include <vm/vm_phys.h>
  97 #include <vm/vm_radix.h>
  98 #include <vm/vm_extern.h>
  99 #include <vm/uma.h>
 100
 101 struct vm_map kernel_map_store;
 102 struct vm_map exec_map_store;
 103 struct vm_map pipe_map_store;
 104
 105 const void *zero_region;
 106 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 107
 108 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 109 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 110
 111 u_int exec_map_entry_size;
 112 u_int exec_map_entries;
 113
 114 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 115     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 116
 117 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 118 #if defined(__arm__)
 119     &vm_max_kernel_address, 0,
 120 #else
 121     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 122 #endif
 123     "Max kernel address");
 124
 125 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 126 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 127 #else
 128 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 129 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 130 #endif
 131 #define KVA_QUANTUM             (1ul << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 132 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 133
 134 extern void     uma_startup2(void);
 135
 136 /*
 137  *      kva_alloc:
 138  *
 139  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 140  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 141  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 142  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 143  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 144  */
 145 vm_offset_t
 146 kva_alloc(vm_size_t size)
 147 {
 148         vm_offset_t addr;
 149
 150         size = round_page(size);
 151         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 152                 return (0);
 153
 154         return (addr);
 155 }
 156
 157 /*
 158  *      kva_free:
 159  *
 160  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 161  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 162  *      associated with that region.
 163  *
 164  *      This routine may not block on kernel maps.
 165  */
 166 void
 167 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 168 {
 169
 170         size = round_page(size);
 171         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 172 }
 173
 174 static vm_page_t
 175 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 176     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 177     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 178 {
 179         vm_page_t m;
 180         int tries;
 181         bool wait, reclaim;
 182
 183         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 184
 185         /* Disallow an invalid combination of flags. */
 186         MPASS((pflags & (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_NORECLAIM)) !=
 187             (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_NORECLAIM));
 188
 189         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 190         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 191         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 192         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 193         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 194                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 195                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 196                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 197                         break;
 198
 199                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 200                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 201                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 202                         vm_wait_domain(domain);
 203                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 204         }
 205         return (m);
 206 }
 207
 208 /*
 209  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 210  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 211  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 212  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 213  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 214  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 215  */
 216 static vm_offset_t
 217 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 218     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 219 {
 220         vmem_t *vmem;
 221         vm_object_t object;
 222         vm_offset_t addr, i, offset;
 223         vm_page_t m;
 224         vm_size_t asize;
 225         int pflags;
 226         vm_prot_t prot;
 227
 228         object = kernel_object;
 229         asize = round_page(size);
 230         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 231         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 232                 return (0);
 233         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 234         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 235         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 236         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 237         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 238                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 239                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 240                 if (m == NULL) {
 241                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 242                         kmem_unback(object, addr, i);
 243                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 244                         return (0);
 245                 }
 246                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 247                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 248                     vm_page_domain(m), domain));
 249                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 250                         pmap_zero_page(m);
 251                 vm_page_valid(m);
 252                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 253                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 254         }
 255         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 256         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 257         return (addr);
 258 }
 259
 260 vm_offset_t
 261 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 262     vm_memattr_t memattr)
 263 {
 264
 265         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 266             high, memattr));
 267 }
 268
 269 vm_offset_t
 270 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 271     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 272 {
 273         struct vm_domainset_iter di;
 274         vm_offset_t addr;
 275         int domain;
 276
 277         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 278         do {
 279                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 280                     memattr);
 281                 if (addr != 0)
 282                         break;
 283         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 284
 285         return (addr);
 286 }
 287
 288 /*
 289  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 290  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 291  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 292  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 293  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 294  *      mapped.
 295  */
 296 static vm_offset_t
 297 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 298     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 299     vm_memattr_t memattr)
 300 {
 301         vmem_t *vmem;
 302         vm_object_t object;
 303         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 304         vm_page_t end_m, m;
 305         vm_size_t asize;
 306         u_long npages;
 307         int pflags;
 308
 309         object = kernel_object;
 310         asize = round_page(size);
 311         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 312         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 313                 return (0);
 314         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 315         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 316         npages = atop(asize);
 317         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 318         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 319             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 320         if (m == NULL) {
 321                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 322                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 323                 return (0);
 324         }
 325         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 326             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 327             vm_page_domain(m), domain));
 328         end_m = m + npages;
 329         tmp = addr;
 330         for (; m < end_m; m++) {
 331                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 332                         pmap_zero_page(m);
 333                 vm_page_valid(m);
 334                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 335                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 336                 tmp += PAGE_SIZE;
 337         }
 338         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 339         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 340         return (addr);
 341 }
 342
 343 vm_offset_t
 344 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 345     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 346 {
 347
 348         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 349             high, alignment, boundary, memattr));
 350 }
 351
 352 vm_offset_t
 353 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 354     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 355     vm_memattr_t memattr)
 356 {
 357         struct vm_domainset_iter di;
 358         vm_offset_t addr;
 359         int domain;
 360
 361         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 362         do {
 363                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 364                     alignment, boundary, memattr);
 365                 if (addr != 0)
 366                         break;
 367         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 368
 369         return (addr);
 370 }
 371
 372 /*
 373  *      kmem_subinit:
 374  *
 375  *      Initializes a map to manage a subrange
 376  *      of the kernel virtual address space.
 377  *
 378  *      Arguments are as follows:
 379  *
 380  *      parent          Map to take range from
 381  *      min, max        Returned endpoints of map
 382  *      size            Size of range to find
 383  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 384  */
 385 void
 386 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 387     vm_size_t size, bool superpage_align)
 388 {
 389         int ret;
 390
 391         size = round_page(size);
 392
 393         *min = vm_map_min(parent);
 394         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 395             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 396             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 397         if (ret != KERN_SUCCESS)
 398                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 399         *max = *min + size;
 400         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 401         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 402                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 403 }
 404
 405 /*
 406  *      kmem_malloc_domain:
 407  *
 408  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 409  */
 410 static vm_offset_t
 411 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 412 {
 413         vmem_t *arena;
 414         vm_offset_t addr;
 415         vm_size_t asize;
 416         int rv;
 417
 418         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 419                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 420         else
 421                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 422         asize = round_page(size);
 423         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 424                 return (0);
 425
 426         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 427         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 428                 vmem_free(arena, addr, asize);
 429                 return (0);
 430         }
 431         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 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         kasan_mark((void *)addr, size, size, 0);
 624         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 625         if (arena != NULL)
 626                 vmem_free(arena, addr, size);
 627 }
 628
 629 /*
 630  *      kmap_alloc_wait:
 631  *
 632  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 633  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 634  *
 635  *      This routine may block.
 636  */
 637 vm_offset_t
 638 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 639 {
 640         vm_offset_t addr;
 641
 642         size = round_page(size);
 643         if (!swap_reserve(size))
 644                 return (0);
 645
 646         for (;;) {
 647                 /*
 648                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 649                  * to lock out sleepers/wakers.
 650                  */
 651                 vm_map_lock(map);
 652                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 653                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 654                         break;
 655                 /* no space now; see if we can ever get space */
 656                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 657                         vm_map_unlock(map);
 658                         swap_release(size);
 659                         return (0);
 660                 }
 661                 map->needs_wakeup = TRUE;
 662                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 663         }
 664         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 665             MAP_ACC_CHARGED);
 666         vm_map_unlock(map);
 667         return (addr);
 668 }
 669
 670 /*
 671  *      kmap_free_wakeup:
 672  *
 673  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 674  *      waiting for memory in that map.
 675  */
 676 void
 677 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 678 {
 679
 680         vm_map_lock(map);
 681         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 682         if (map->needs_wakeup) {
 683                 map->needs_wakeup = FALSE;
 684                 vm_map_wakeup(map);
 685         }
 686         vm_map_unlock(map);
 687 }
 688
 689 void
 690 kmem_init_zero_region(void)
 691 {
 692         vm_offset_t addr, i;
 693         vm_page_t m;
 694
 695         /*
 696          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 697          * This requires less looping in places that want large amounts of
 698          * zeros, while not using much more physical resources.
 699          */
 700         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 701         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 702         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 703                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 704         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 705
 706         zero_region = (const void *)addr;
 707 }
 708
 709 /*
 710  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 711  */
 712 static int
 713 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 714 {
 715         vm_offset_t addr;
 716         int result;
 717
 718         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 719             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 720             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 721         addr = vm_map_min(kernel_map);
 722         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 723             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 724         if (result != KERN_SUCCESS)
 725                 return (ENOMEM);
 726
 727         *addrp = addr;
 728
 729         return (0);
 730 }
 731
 732 /*
 733  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 734  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 735  */
 736 static int
 737 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 738 {
 739
 740         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 741             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 742             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 743         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 744             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 745 }
 746
 747 /*
 748  *      kmem_init:
 749  *
 750  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 751  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 752  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 753  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 754  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 755  */
 756 void
 757 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 758 {
 759         vm_size_t quantum;
 760         int domain;
 761
 762         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 763         kernel_map->system_map = 1;
 764         vm_map_lock(kernel_map);
 765         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 766         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 767 #ifdef __amd64__
 768             KERNBASE,
 769 #else
 770             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 771 #endif
 772             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 773         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 774
 775 #ifdef __amd64__
 776         /*
 777          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 778          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 779          * instead.
 780          */
 781         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 782             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 783             sizeof(struct vm_page)),
 784             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 785 #endif
 786         vm_map_unlock(kernel_map);
 787
 788         /*
 789          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 790          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 791          * the per-domain arenas.
 792          */
 793         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 794                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 795         else
 796                 quantum = KVA_QUANTUM;
 797
 798         /*
 799          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 800          */
 801         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 802         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 803
 804         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 805                 /*
 806                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 807                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 808                  * are backed by memory from the same physical domain,
 809                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 810                  */
 811                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 812                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 813                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 814                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 815
 816                 /*
 817                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 818                  * for allocations with permissions that differ from the
 819                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 820                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 821                  *
 822                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 823                  */
 824 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 825                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 826                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 827                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 828                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 829                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 830 #else
 831                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 832                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 833 #endif
 834         }
 835
 836         /*
 837          * This must be the very first call so that the virtual address
 838          * space used for early allocations is properly marked used in
 839          * the map.
 840          */
 841         uma_startup2();
 842 }
 843
 844 /*
 845  *      kmem_bootstrap_free:
 846  *
 847  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 848  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 849  *      vm_phys segment for preloaded data.
 850  */
 851 void
 852 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 853 {
 854 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 855         struct vm_domain *vmd;
 856         vm_offset_t end, va;
 857         vm_paddr_t pa;
 858         vm_page_t m;
 859
 860         end = trunc_page(start + size);
 861         start = round_page(start);
 862
 863 #ifdef __amd64__
 864         /*
 865          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 866          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 867          * is updated.
 868          */
 869         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 870 #endif
 871         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 872                 pa = pmap_kextract(va);
 873                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 874
 875                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 876                 vm_domain_free_lock(vmd);
 877                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 878                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 879
 880                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 881                 vm_cnt.v_page_count++;
 882         }
 883         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 884         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 885 #endif
 886 }
 887
 888 /*
 889  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 890  * purposes.
 891  */
 892 static int
 893 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 894 {
 895         int error, i;
 896
 897         i = 0;
 898         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 899         if (error != 0)
 900                 return (error);
 901         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 902                 return (EINVAL);
 903         if (i != 0)
 904                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 905         return (0);
 906 }
 907 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 908     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 909     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 910
 911 static int
 912 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 913 {
 914         int error, i;
 915
 916         i = 0;
 917         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 918         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 919                 return (error);
 920         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 921             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 922                 return (EINVAL);
 923         uma_reclaim(i);
 924         return (0);
 925 }
 926 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 927     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 928     "set to generate request to reclaim uma caches");
 929
 930 static int
 931 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 932 {
 933         int domain, error, request;
 934
 935         request = 0;
 936         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 937         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 938                 return (error);
 939
 940         domain = request >> 4;
 941         request &= 0xf;
 942         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 943             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 944                 return (EINVAL);
 945         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 946                 return (EINVAL);
 947         uma_reclaim_domain(request, domain);
 948         return (0);
 949 }
 950 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 951     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 952     debug_uma_reclaim_domain, "I",
 953     "");