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         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 186         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 187         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 188         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 189         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 190                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 191                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 192                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 193                         break;
 194
 195                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 196                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 197                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 198                         vm_wait_domain(domain);
 199                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 200         }
 201         return (m);
 202 }
 203
 204 /*
 205  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 206  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 207  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 208  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 209  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 210  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 211  */
 212 static vm_offset_t
 213 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 214     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 215 {
 216         vmem_t *vmem;
 217         vm_object_t object;
 218         vm_offset_t addr, i, offset;
 219         vm_page_t m;
 220         vm_size_t asize;
 221         int pflags;
 222         vm_prot_t prot;
 223
 224         object = kernel_object;
 225         asize = round_page(size);
 226         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 227         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 228                 return (0);
 229         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 230         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 231         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 232         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 233         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 234                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 235                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 236                 if (m == NULL) {
 237                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 238                         kmem_unback(object, addr, i);
 239                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 240                         return (0);
 241                 }
 242                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 243                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 244                     vm_page_domain(m), domain));
 245                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 246                         pmap_zero_page(m);
 247                 vm_page_valid(m);
 248                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 249                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 250         }
 251         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 252         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 253         return (addr);
 254 }
 255
 256 vm_offset_t
 257 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 258     vm_memattr_t memattr)
 259 {
 260
 261         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 262             high, memattr));
 263 }
 264
 265 vm_offset_t
 266 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 267     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 268 {
 269         struct vm_domainset_iter di;
 270         vm_offset_t addr;
 271         int domain;
 272
 273         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 274         do {
 275                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 276                     memattr);
 277                 if (addr != 0)
 278                         break;
 279         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 280
 281         return (addr);
 282 }
 283
 284 /*
 285  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 286  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 287  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 288  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 289  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 290  *      mapped.
 291  */
 292 static vm_offset_t
 293 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 294     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 295     vm_memattr_t memattr)
 296 {
 297         vmem_t *vmem;
 298         vm_object_t object;
 299         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 300         vm_page_t end_m, m;
 301         vm_size_t asize;
 302         u_long npages;
 303         int pflags;
 304
 305         object = kernel_object;
 306         asize = round_page(size);
 307         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 308         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 309                 return (0);
 310         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 311         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 312         npages = atop(asize);
 313         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 314         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 315             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 316         if (m == NULL) {
 317                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 318                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 319                 return (0);
 320         }
 321         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 322             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 323             vm_page_domain(m), domain));
 324         end_m = m + npages;
 325         tmp = addr;
 326         for (; m < end_m; m++) {
 327                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 328                         pmap_zero_page(m);
 329                 vm_page_valid(m);
 330                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 331                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 332                 tmp += PAGE_SIZE;
 333         }
 334         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 335         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 336         return (addr);
 337 }
 338
 339 vm_offset_t
 340 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 341     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 342 {
 343
 344         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 345             high, alignment, boundary, memattr));
 346 }
 347
 348 vm_offset_t
 349 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 350     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 351     vm_memattr_t memattr)
 352 {
 353         struct vm_domainset_iter di;
 354         vm_offset_t addr;
 355         int domain;
 356
 357         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 358         do {
 359                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 360                     alignment, boundary, memattr);
 361                 if (addr != 0)
 362                         break;
 363         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 364
 365         return (addr);
 366 }
 367
 368 /*
 369  *      kmem_subinit:
 370  *
 371  *      Initializes a map to manage a subrange
 372  *      of the kernel virtual address space.
 373  *
 374  *      Arguments are as follows:
 375  *
 376  *      parent          Map to take range from
 377  *      min, max        Returned endpoints of map
 378  *      size            Size of range to find
 379  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 380  */
 381 void
 382 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 383     vm_size_t size, bool superpage_align)
 384 {
 385         int ret;
 386
 387         size = round_page(size);
 388
 389         *min = vm_map_min(parent);
 390         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 391             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 392             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 393         if (ret != KERN_SUCCESS)
 394                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 395         *max = *min + size;
 396         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 397         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 398                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 399 }
 400
 401 /*
 402  *      kmem_malloc_domain:
 403  *
 404  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 405  */
 406 static vm_offset_t
 407 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 408 {
 409         vmem_t *arena;
 410         vm_offset_t addr;
 411         vm_size_t asize;
 412         int rv;
 413
 414         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 415                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 416         else
 417                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 418         asize = round_page(size);
 419         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 420                 return (0);
 421
 422         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 423         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 424                 vmem_free(arena, addr, asize);
 425                 return (0);
 426         }
 427         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 428         return (addr);
 429 }
 430
 431 vm_offset_t
 432 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 433 {
 434
 435         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 436 }
 437
 438 vm_offset_t
 439 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 440 {
 441         struct vm_domainset_iter di;
 442         vm_offset_t addr;
 443         int domain;
 444
 445         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 446         do {
 447                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 448                 if (addr != 0)
 449                         break;
 450         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 451
 452         return (addr);
 453 }
 454
 455 /*
 456  *      kmem_back_domain:
 457  *
 458  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 459  *      virtual address range.
 460  */
 461 int
 462 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 463     vm_size_t size, int flags)
 464 {
 465         vm_offset_t offset, i;
 466         vm_page_t m, mpred;
 467         vm_prot_t prot;
 468         int pflags;
 469
 470         KASSERT(object == kernel_object,
 471             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 472
 473         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 474         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 475         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 476         if (flags & M_WAITOK)
 477                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 478         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 479
 480         i = 0;
 481         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 482 retry:
 483         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 484         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 485                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 486                     domain, pflags, mpred);
 487
 488                 /*
 489                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 490                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 491                  * aren't on any queues.
 492                  */
 493                 if (m == NULL) {
 494                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 495                                 goto retry;
 496                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 497                         kmem_unback(object, addr, i);
 498                         return (KERN_NO_SPACE);
 499                 }
 500                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 501                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 502                     vm_page_domain(m), domain));
 503                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 504                         pmap_zero_page(m);
 505                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 506                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 507                 vm_page_valid(m);
 508                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 509                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 510                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 511                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 512         }
 513         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 514
 515         return (KERN_SUCCESS);
 516 }
 517
 518 /*
 519  *      kmem_back:
 520  *
 521  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 522  */
 523 int
 524 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 525 {
 526         vm_offset_t end, next, start;
 527         int domain, rv;
 528
 529         KASSERT(object == kernel_object,
 530             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 531
 532         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 533                 /*
 534                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 535                  * all come from the same physical domain.
 536                  */
 537                 if (vm_ndomains > 1) {
 538                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 539                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 540                                 domain++;
 541                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 542                         if (next > end || next < start)
 543                                 next = end;
 544                 } else {
 545                         domain = 0;
 546                         next = end;
 547                 }
 548                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 549                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 550                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 551                         break;
 552                 }
 553         }
 554         return (rv);
 555 }
 556
 557 /*
 558  *      kmem_unback:
 559  *
 560  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 561  *      address range.
 562  *
 563  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 564  *      that is being unmapped.
 565  */
 566 static struct vmem *
 567 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 568 {
 569         struct vmem *arena;
 570         vm_page_t m, next;
 571         vm_offset_t end, offset;
 572         int domain;
 573
 574         KASSERT(object == kernel_object,
 575             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 576
 577         if (size == 0)
 578                 return (NULL);
 579         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 580         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 581         end = offset + size;
 582         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 583         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 584         domain = vm_page_domain(m);
 585         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 586                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 587         else
 588                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 589         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 590                 next = vm_page_next(m);
 591                 vm_page_xbusy_claim(m);
 592                 vm_page_unwire_noq(m);
 593                 vm_page_free(m);
 594         }
 595         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 596
 597         return (arena);
 598 }
 599
 600 void
 601 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 602 {
 603
 604         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 605 }
 606
 607 /*
 608  *      kmem_free:
 609  *
 610  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 611  *      original allocation.
 612  */
 613 void
 614 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 615 {
 616         struct vmem *arena;
 617
 618         size = round_page(size);
 619         kasan_mark((void *)addr, size, size, 0);
 620         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 621         if (arena != NULL)
 622                 vmem_free(arena, addr, size);
 623 }
 624
 625 /*
 626  *      kmap_alloc_wait:
 627  *
 628  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 629  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 630  *
 631  *      This routine may block.
 632  */
 633 vm_offset_t
 634 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 635 {
 636         vm_offset_t addr;
 637
 638         size = round_page(size);
 639         if (!swap_reserve(size))
 640                 return (0);
 641
 642         for (;;) {
 643                 /*
 644                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 645                  * to lock out sleepers/wakers.
 646                  */
 647                 vm_map_lock(map);
 648                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 649                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 650                         break;
 651                 /* no space now; see if we can ever get space */
 652                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 653                         vm_map_unlock(map);
 654                         swap_release(size);
 655                         return (0);
 656                 }
 657                 map->needs_wakeup = TRUE;
 658                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 659         }
 660         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 661             MAP_ACC_CHARGED);
 662         vm_map_unlock(map);
 663         return (addr);
 664 }
 665
 666 /*
 667  *      kmap_free_wakeup:
 668  *
 669  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 670  *      waiting for memory in that map.
 671  */
 672 void
 673 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 674 {
 675
 676         vm_map_lock(map);
 677         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 678         if (map->needs_wakeup) {
 679                 map->needs_wakeup = FALSE;
 680                 vm_map_wakeup(map);
 681         }
 682         vm_map_unlock(map);
 683 }
 684
 685 void
 686 kmem_init_zero_region(void)
 687 {
 688         vm_offset_t addr, i;
 689         vm_page_t m;
 690
 691         /*
 692          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 693          * This requires less looping in places that want large amounts of
 694          * zeros, while not using much more physical resources.
 695          */
 696         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 697         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 698         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 699                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 700         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 701
 702         zero_region = (const void *)addr;
 703 }
 704
 705 /*
 706  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 707  */
 708 static int
 709 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 710 {
 711         vm_offset_t addr;
 712         int result;
 713
 714         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 715             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 716             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 717         addr = vm_map_min(kernel_map);
 718         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 719             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 720         if (result != KERN_SUCCESS)
 721                 return (ENOMEM);
 722
 723         *addrp = addr;
 724
 725         return (0);
 726 }
 727
 728 /*
 729  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 730  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 731  */
 732 static int
 733 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 734 {
 735
 736         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 737             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 738             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 739         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 740             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 741 }
 742
 743 /*
 744  *      kmem_init:
 745  *
 746  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 747  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 748  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 749  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 750  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 751  */
 752 void
 753 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 754 {
 755         vm_size_t quantum;
 756         int domain;
 757
 758         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 759         kernel_map->system_map = 1;
 760         vm_map_lock(kernel_map);
 761         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 762         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 763 #ifdef __amd64__
 764             KERNBASE,
 765 #else
 766             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 767 #endif
 768             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 769         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 770
 771 #ifdef __amd64__
 772         /*
 773          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 774          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 775          * instead.
 776          */
 777         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 778             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 779             sizeof(struct vm_page)),
 780             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 781 #endif
 782         vm_map_unlock(kernel_map);
 783
 784         /*
 785          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 786          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 787          * the per-domain arenas.
 788          */
 789         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 790                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 791         else
 792                 quantum = KVA_QUANTUM;
 793
 794         /*
 795          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 796          */
 797         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 798         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 799
 800         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 801                 /*
 802                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 803                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 804                  * are backed by memory from the same physical domain,
 805                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 806                  */
 807                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 808                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 809                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 810                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 811
 812                 /*
 813                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 814                  * for allocations with permissions that differ from the
 815                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 816                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 817                  *
 818                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 819                  */
 820 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 821                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 822                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 823                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 824                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 825                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 826 #else
 827                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 828                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 829 #endif
 830         }
 831
 832         /*
 833          * This must be the very first call so that the virtual address
 834          * space used for early allocations is properly marked used in
 835          * the map.
 836          */
 837         uma_startup2();
 838 }
 839
 840 /*
 841  *      kmem_bootstrap_free:
 842  *
 843  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 844  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 845  *      vm_phys segment for preloaded data.
 846  */
 847 void
 848 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 849 {
 850 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 851         struct vm_domain *vmd;
 852         vm_offset_t end, va;
 853         vm_paddr_t pa;
 854         vm_page_t m;
 855
 856         end = trunc_page(start + size);
 857         start = round_page(start);
 858
 859 #ifdef __amd64__
 860         /*
 861          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 862          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 863          * is updated.
 864          */
 865         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 866 #endif
 867         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 868                 pa = pmap_kextract(va);
 869                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 870
 871                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 872                 vm_domain_free_lock(vmd);
 873                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 874                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 875
 876                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 877                 vm_cnt.v_page_count++;
 878         }
 879         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 880         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 881 #endif
 882 }
 883
 884 /*
 885  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 886  * purposes.
 887  */
 888 static int
 889 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 890 {
 891         int error, i;
 892
 893         i = 0;
 894         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 895         if (error != 0)
 896                 return (error);
 897         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 898                 return (EINVAL);
 899         if (i != 0)
 900                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 901         return (0);
 902 }
 903 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 904     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 905     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 906
 907 static int
 908 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 909 {
 910         int error, i;
 911
 912         i = 0;
 913         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 914         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 915                 return (error);
 916         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 917             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 918                 return (EINVAL);
 919         uma_reclaim(i);
 920         return (0);
 921 }
 922 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 923     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 924     "set to generate request to reclaim uma caches");
 925
 926 static int
 927 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 928 {
 929         int domain, error, request;
 930
 931         request = 0;
 932         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 933         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 934                 return (error);
 935
 936         domain = request >> 4;
 937         request &= 0xf;
 938         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 939             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 940                 return (EINVAL);
 941         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 942                 return (EINVAL);
 943         uma_reclaim_domain(request, domain);
 944         return (0);
 945 }
 946 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 947     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 948     debug_uma_reclaim_domain, "I",
 949     "");