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 we want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (1 << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 131
 132 /*
 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 static vm_page_t
 171 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 172     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 173     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 174 {
 175         vm_page_t m;
 176         int tries;
 177         bool wait;
 178
 179         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 180
 181         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 182         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 183         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 184         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 185                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 186                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 187                 if (m != NULL || tries == 0)
 188                         break;
 189
 190                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 191                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 192                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 193                         vm_wait_domain(domain);
 194                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 195         }
 196         return (m);
 197 }
 198
 199 /*
 200  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 201  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 202  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 203  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 204  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 205  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 206  */
 207 static vm_offset_t
 208 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 209     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 210 {
 211         vmem_t *vmem;
 212         vm_object_t object;
 213         vm_offset_t addr, i, offset;
 214         vm_page_t m;
 215         int pflags;
 216         vm_prot_t prot;
 217
 218         object = kernel_object;
 219         size = round_page(size);
 220         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 221         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 222                 return (0);
 223         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 224         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 225         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 226         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 227         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 228                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 229                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 230                 if (m == NULL) {
 231                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 232                         kmem_unback(object, addr, i);
 233                         vmem_free(vmem, addr, size);
 234                         return (0);
 235                 }
 236                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 237                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 238                     vm_phys_domain(m), domain));
 239                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 240                         pmap_zero_page(m);
 241                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 242                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 243                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 244         }
 245         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 246         return (addr);
 247 }
 248
 249 vm_offset_t
 250 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 251     vm_memattr_t memattr)
 252 {
 253
 254         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 255             high, memattr));
 256 }
 257
 258 vm_offset_t
 259 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 260     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 261 {
 262         struct vm_domainset_iter di;
 263         vm_offset_t addr;
 264         int domain;
 265
 266         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 267         do {
 268                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 269                     memattr);
 270                 if (addr != 0)
 271                         break;
 272         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 273
 274         return (addr);
 275 }
 276
 277 /*
 278  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 279  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 280  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 281  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 282  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 283  *      mapped.
 284  */
 285 static vm_offset_t
 286 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 287     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 288     vm_memattr_t memattr)
 289 {
 290         vmem_t *vmem;
 291         vm_object_t object;
 292         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 293         vm_page_t end_m, m;
 294         u_long npages;
 295         int pflags;
 296
 297         object = kernel_object;
 298         size = round_page(size);
 299         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 300         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 301                 return (0);
 302         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 303         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 304         npages = atop(size);
 305         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 306         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 307             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 308         if (m == NULL) {
 309                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 310                 vmem_free(vmem, addr, size);
 311                 return (0);
 312         }
 313         KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 314             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 315             vm_phys_domain(m), domain));
 316         end_m = m + npages;
 317         tmp = addr;
 318         for (; m < end_m; m++) {
 319                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 320                         pmap_zero_page(m);
 321                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 322                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 323                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 324                 tmp += PAGE_SIZE;
 325         }
 326         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 327         return (addr);
 328 }
 329
 330 vm_offset_t
 331 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 332     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 333 {
 334
 335         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 336             high, alignment, boundary, memattr));
 337 }
 338
 339 vm_offset_t
 340 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 341     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 342     vm_memattr_t memattr)
 343 {
 344         struct vm_domainset_iter di;
 345         vm_offset_t addr;
 346         int domain;
 347
 348         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 349         do {
 350                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 351                     alignment, boundary, memattr);
 352                 if (addr != 0)
 353                         break;
 354         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 355
 356         return (addr);
 357 }
 358
 359 /*
 360  *      kmem_suballoc:
 361  *
 362  *      Allocates a map to manage a subrange
 363  *      of the kernel virtual address space.
 364  *
 365  *      Arguments are as follows:
 366  *
 367  *      parent          Map to take range from
 368  *      min, max        Returned endpoints of map
 369  *      size            Size of range to find
 370  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 371  */
 372 vm_map_t
 373 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 374     vm_size_t size, boolean_t superpage_align)
 375 {
 376         int ret;
 377         vm_map_t result;
 378
 379         size = round_page(size);
 380
 381         *min = vm_map_min(parent);
 382         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 383             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 384             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 385         if (ret != KERN_SUCCESS)
 386                 panic("kmem_suballoc: bad status return of %d", ret);
 387         *max = *min + size;
 388         result = vm_map_create(vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 389         if (result == NULL)
 390                 panic("kmem_suballoc: cannot create submap");
 391         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, result) != KERN_SUCCESS)
 392                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 393         return (result);
 394 }
 395
 396 /*
 397  *      kmem_malloc_domain:
 398  *
 399  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 400  */
 401 static vm_offset_t
 402 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 403 {
 404         vmem_t *arena;
 405         vm_offset_t addr;
 406         int rv;
 407
 408         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 409                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 410         else
 411                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 412         size = round_page(size);
 413         if (vmem_alloc(arena, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 414                 return (0);
 415
 416         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, size, flags);
 417         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 418                 vmem_free(arena, addr, size);
 419                 return (0);
 420         }
 421         return (addr);
 422 }
 423
 424 vm_offset_t
 425 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 426 {
 427
 428         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 429 }
 430
 431 vm_offset_t
 432 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 433 {
 434         struct vm_domainset_iter di;
 435         vm_offset_t addr;
 436         int domain;
 437
 438         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 439         do {
 440                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 441                 if (addr != 0)
 442                         break;
 443         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 444
 445         return (addr);
 446 }
 447
 448 /*
 449  *      kmem_back_domain:
 450  *
 451  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 452  *      virtual address range.
 453  */
 454 int
 455 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 456     vm_size_t size, int flags)
 457 {
 458         vm_offset_t offset, i;
 459         vm_page_t m, mpred;
 460         vm_prot_t prot;
 461         int pflags;
 462
 463         KASSERT(object == kernel_object,
 464             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 465
 466         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 467         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 468         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 469         if (flags & M_WAITOK)
 470                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 471         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 472
 473         i = 0;
 474         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 475 retry:
 476         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 477         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 478                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 479                     domain, pflags, mpred);
 480
 481                 /*
 482                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 483                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 484                  * aren't on any queues.
 485                  */
 486                 if (m == NULL) {
 487                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 488                                 goto retry;
 489                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 490                         kmem_unback(object, addr, i);
 491                         return (KERN_NO_SPACE);
 492                 }
 493                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 494                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 495                     vm_phys_domain(m), domain));
 496                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 497                         pmap_zero_page(m);
 498                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 499                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 500                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 501                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 502                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 503                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 504                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 505         }
 506         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 507
 508         return (KERN_SUCCESS);
 509 }
 510
 511 /*
 512  *      kmem_back:
 513  *
 514  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 515  */
 516 int
 517 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 518 {
 519         vm_offset_t end, next, start;
 520         int domain, rv;
 521
 522         KASSERT(object == kernel_object,
 523             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 524
 525         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 526                 /*
 527                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 528                  * all come from the same physical domain.
 529                  */
 530                 if (vm_ndomains > 1) {
 531                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 532                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 533                                 domain++;
 534                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 535                         if (next > end || next < start)
 536                                 next = end;
 537                 } else {
 538                         domain = 0;
 539                         next = end;
 540                 }
 541                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 542                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 543                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 544                         break;
 545                 }
 546         }
 547         return (rv);
 548 }
 549
 550 /*
 551  *      kmem_unback:
 552  *
 553  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 554  *      address range.
 555  *
 556  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 557  *      that is being unmapped.
 558  */
 559 static struct vmem *
 560 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 561 {
 562         struct vmem *arena;
 563         vm_page_t m, next;
 564         vm_offset_t end, offset;
 565         int domain;
 566
 567         KASSERT(object == kernel_object,
 568             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 569
 570         if (size == 0)
 571                 return (NULL);
 572         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 573         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 574         end = offset + size;
 575         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 576         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 577         domain = vm_phys_domain(m);
 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         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 583                 next = vm_page_next(m);
 584                 vm_page_unwire_noq(m);
 585                 vm_page_free(m);
 586         }
 587         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 588
 589         return (arena);
 590 }
 591
 592 void
 593 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 594 {
 595
 596         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 597 }
 598
 599 /*
 600  *      kmem_free:
 601  *
 602  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 603  *      original allocation.
 604  */
 605 void
 606 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 607 {
 608         struct vmem *arena;
 609
 610         size = round_page(size);
 611         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 612         if (arena != NULL)
 613                 vmem_free(arena, addr, size);
 614 }
 615
 616 /*
 617  *      kmap_alloc_wait:
 618  *
 619  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 620  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 621  *
 622  *      This routine may block.
 623  */
 624 vm_offset_t
 625 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 626 {
 627         vm_offset_t addr;
 628
 629         size = round_page(size);
 630         if (!swap_reserve(size))
 631                 return (0);
 632
 633         for (;;) {
 634                 /*
 635                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 636                  * to lock out sleepers/wakers.
 637                  */
 638                 vm_map_lock(map);
 639                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 640                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 641                         break;
 642                 /* no space now; see if we can ever get space */
 643                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 644                         vm_map_unlock(map);
 645                         swap_release(size);
 646                         return (0);
 647                 }
 648                 map->needs_wakeup = TRUE;
 649                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 650         }
 651         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 652             MAP_ACC_CHARGED);
 653         vm_map_unlock(map);
 654         return (addr);
 655 }
 656
 657 /*
 658  *      kmap_free_wakeup:
 659  *
 660  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 661  *      waiting for memory in that map.
 662  */
 663 void
 664 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 665 {
 666
 667         vm_map_lock(map);
 668         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 669         if (map->needs_wakeup) {
 670                 map->needs_wakeup = FALSE;
 671                 vm_map_wakeup(map);
 672         }
 673         vm_map_unlock(map);
 674 }
 675
 676 void
 677 kmem_init_zero_region(void)
 678 {
 679         vm_offset_t addr, i;
 680         vm_page_t m;
 681
 682         /*
 683          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 684          * This requires less looping in places that want large amounts of
 685          * zeros, while not using much more physical resources.
 686          */
 687         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 688         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
 689             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 690         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
 691                 pmap_zero_page(m);
 692         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 693                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 694         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 695
 696         zero_region = (const void *)addr;
 697 }
 698
 699 /*
 700  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 701  */
 702 static int
 703 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 704 {
 705         vm_offset_t addr;
 706         int result;
 707
 708         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 709             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 710             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 711         addr = vm_map_min(kernel_map);
 712         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 713             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 714         if (result != KERN_SUCCESS)
 715                 return (ENOMEM);
 716
 717         *addrp = addr;
 718
 719         return (0);
 720 }
 721
 722 /*
 723  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 724  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 725  */
 726 static int
 727 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 728 {
 729
 730         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 731             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 732             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 733         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 734             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 735 }
 736
 737 /*
 738  *      kmem_init:
 739  *
 740  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 741  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 742  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 743  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 744  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 745  */
 746 void
 747 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 748 {
 749         vm_map_t m;
 750         int domain;
 751
 752         m = vm_map_create(kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 753         m->system_map = 1;
 754         vm_map_lock(m);
 755         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 756         kernel_map = m;
 757         (void) vm_map_insert(m, NULL, (vm_ooffset_t) 0,
 758 #ifdef __amd64__
 759             KERNBASE,
 760 #else
 761             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 762 #endif
 763             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 764         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 765         vm_map_unlock(m);
 766
 767         /*
 768          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 769          */
 770         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 771         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, KVA_QUANTUM);
 772
 773         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 774                 /*
 775                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 776                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 777                  * are backed by memory from the same physical domain,
 778                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 779                  */
 780                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 781                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 782                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 783                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 784
 785                 /*
 786                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 787                  * for allocations with permissions that differ from the
 788                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 789                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 790                  */
 791 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 792                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 793                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 794                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 795                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 796                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 797 #else
 798                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 799                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 800 #endif
 801         }
 802 }
 803
 804 /*
 805  *      kmem_bootstrap_free:
 806  *
 807  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 808  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 809  *      vm_phys segment for preloaded data.
 810  */
 811 void
 812 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 813 {
 814 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 815         struct vm_domain *vmd;
 816         vm_offset_t end, va;
 817         vm_paddr_t pa;
 818         vm_page_t m;
 819
 820         end = trunc_page(start + size);
 821         start = round_page(start);
 822
 823         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 824                 pa = pmap_kextract(va);
 825                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 826
 827                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 828                 vm_domain_free_lock(vmd);
 829                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 830                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 831
 832                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 833                 vm_cnt.v_page_count++;
 834         }
 835         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 836         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 837 #endif
 838 }
 839
 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 != 0)
 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,
 861     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 862     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 863
 864 static int
 865 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 866 {
 867         int error, i;
 868
 869         i = 0;
 870         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 871         if (error != 0)
 872                 return (error);
 873         if (i != 0)
 874                 uma_reclaim();
 875         return (0);
 876 }
 877
 878 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 879     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 880     "set to generate request to reclaim uma caches");