sys/vm/vm_kern.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  */
  62
  63 /*
  64  *      Kernel memory management.
  65  */
  66
  67 #include <sys/cdefs.h>
  68 __FBSDID("$FreeBSD$");
  69
  70 #include "opt_vm.h"
  71
  72 #include <sys/param.h>
  73 #include <sys/systm.h>
  74 #include <sys/kernel.h>         /* for ticks and hz */
  75 #include <sys/domainset.h>
  76 #include <sys/eventhandler.h>
  77 #include <sys/lock.h>
  78 #include <sys/proc.h>
  79 #include <sys/malloc.h>
  80 #include <sys/rwlock.h>
  81 #include <sys/sysctl.h>
  82 #include <sys/vmem.h>
  83 #include <sys/vmmeter.h>
  84
  85 #include <vm/vm.h>
  86 #include <vm/vm_param.h>
  87 #include <vm/vm_domainset.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/pmap.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_object.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_pageout.h>
  94 #include <vm/vm_phys.h>
  95 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  96 #include <vm/vm_radix.h>
  97 #include <vm/vm_extern.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99
 100 vm_map_t kernel_map;
 101 vm_map_t exec_map;
 102 vm_map_t pipe_map;
 103
 104 const void *zero_region;
 105 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 106
 107 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 108 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 109
 110 u_int exec_map_entry_size;
 111 u_int exec_map_entries;
 112
 113 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 114     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 115
 116 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 117 #if defined(__arm__) || defined(__sparc64__)
 118     &vm_max_kernel_address, 0,
 119 #else
 120     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 121 #endif
 122     "Max kernel address");
 123
 124 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 125 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 126 #else
 127 /* On non-superpage architectures want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (10 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (1 << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 131
 132 /*
 133  *      kva_alloc:
 134  *
 135  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 136  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 137  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 138  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 139  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 140  */
 141 vm_offset_t
 142 kva_alloc(vm_size_t size)
 143 {
 144         vm_offset_t addr;
 145
 146         size = round_page(size);
 147         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 148                 return (0);
 149
 150         return (addr);
 151 }
 152
 153 /*
 154  *      kva_free:
 155  *
 156  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 157  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 158  *      associated with that region.
 159  *
 160  *      This routine may not block on kernel maps.
 161  */
 162 void
 163 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 164 {
 165
 166         size = round_page(size);
 167         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 168 }
 169
 170 /*
 171  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 172  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 173  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 174  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 175  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 176  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 177  */
 178 vm_offset_t
 179 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 180     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 181 {
 182         vmem_t *vmem;
 183         vm_object_t object = kernel_object;
 184         vm_offset_t addr, i, offset;
 185         vm_page_t m;
 186         int pflags, tries;
 187
 188         size = round_page(size);
 189         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 190         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 191                 return (0);
 192         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 193         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 194         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 195         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 196         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 197         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 198                 tries = 0;
 199 retry:
 200                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, atop(offset + i),
 201                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 202                 if (m == NULL) {
 203                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 204                         if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 205                                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain,
 206                                     pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0) &&
 207                                     (flags & M_WAITOK) != 0)
 208                                         vm_wait_domain(domain);
 209                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 210                                 tries++;
 211                                 goto retry;
 212                         }
 213                         kmem_unback(object, addr, i);
 214                         vmem_free(vmem, addr, size);
 215                         return (0);
 216                 }
 217                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 218                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 219                     vm_phys_domain(m), domain));
 220                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 221                         pmap_zero_page(m);
 222                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 223                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_RW,
 224                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 225         }
 226         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 227         return (addr);
 228 }
 229
 230 vm_offset_t
 231 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 232     vm_memattr_t memattr)
 233 {
 234         struct vm_domainset_iter di;
 235         vm_offset_t addr;
 236         int domain;
 237
 238         vm_domainset_iter_malloc_init(&di, kernel_object, &domain, &flags);
 239         do {
 240                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 241                     memattr);
 242                 if (addr != 0)
 243                         break;
 244         } while (vm_domainset_iter_malloc(&di, &domain, &flags) == 0);
 245
 246         return (addr);
 247 }
 248
 249 /*
 250  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 251  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 252  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 253  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 254  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 255  *      mapped.
 256  */
 257 vm_offset_t
 258 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 259     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 260     vm_memattr_t memattr)
 261 {
 262         vmem_t *vmem;
 263         vm_object_t object = kernel_object;
 264         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 265         vm_page_t end_m, m;
 266         u_long npages;
 267         int pflags, tries;
 268
 269         size = round_page(size);
 270         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 271         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 272                 return (0);
 273         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 274         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 275         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 276         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 277         npages = atop(size);
 278         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 279         tries = 0;
 280 retry:
 281         m = vm_page_alloc_contig_domain(object, atop(offset), domain, pflags,
 282             npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 283         if (m == NULL) {
 284                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 285                 if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 286                         if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags,
 287                             npages, low, high, alignment, boundary) &&
 288                             (flags & M_WAITOK) != 0)
 289                                 vm_wait_domain(domain);
 290                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 291                         tries++;
 292                         goto retry;
 293                 }
 294                 vmem_free(vmem, addr, size);
 295                 return (0);
 296         }
 297         KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 298             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 299             vm_phys_domain(m), domain));
 300         end_m = m + npages;
 301         tmp = addr;
 302         for (; m < end_m; m++) {
 303                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 304                         pmap_zero_page(m);
 305                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 306                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 307                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 308                 tmp += PAGE_SIZE;
 309         }
 310         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 311         return (addr);
 312 }
 313
 314 vm_offset_t
 315 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 316     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 317 {
 318         struct vm_domainset_iter di;
 319         vm_offset_t addr;
 320         int domain;
 321
 322         vm_domainset_iter_malloc_init(&di, kernel_object, &domain, &flags);
 323         do {
 324                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 325                     alignment, boundary, memattr);
 326                 if (addr != 0)
 327                         break;
 328         } while (vm_domainset_iter_malloc(&di, &domain, &flags) == 0);
 329
 330         return (addr);
 331 }
 332
 333 /*
 334  *      kmem_suballoc:
 335  *
 336  *      Allocates a map to manage a subrange
 337  *      of the kernel virtual address space.
 338  *
 339  *      Arguments are as follows:
 340  *
 341  *      parent          Map to take range from
 342  *      min, max        Returned endpoints of map
 343  *      size            Size of range to find
 344  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 345  */
 346 vm_map_t
 347 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 348     vm_size_t size, boolean_t superpage_align)
 349 {
 350         int ret;
 351         vm_map_t result;
 352
 353         size = round_page(size);
 354
 355         *min = vm_map_min(parent);
 356         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 357             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 358             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 359         if (ret != KERN_SUCCESS)
 360                 panic("kmem_suballoc: bad status return of %d", ret);
 361         *max = *min + size;
 362         result = vm_map_create(vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 363         if (result == NULL)
 364                 panic("kmem_suballoc: cannot create submap");
 365         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, result) != KERN_SUCCESS)
 366                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 367         return (result);
 368 }
 369
 370 /*
 371  *      kmem_malloc:
 372  *
 373  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 374  */
 375 vm_offset_t
 376 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 377 {
 378         vmem_t *arena;
 379         vm_offset_t addr;
 380         int rv;
 381
 382 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 383         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 384                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 385         else
 386                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 387 #else
 388         arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 389 #endif
 390         size = round_page(size);
 391         if (vmem_alloc(arena, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 392                 return (0);
 393
 394         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, size, flags);
 395         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 396                 vmem_free(arena, addr, size);
 397                 return (0);
 398         }
 399         return (addr);
 400 }
 401
 402 vm_offset_t
 403 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 404 {
 405         struct vm_domainset_iter di;
 406         vm_offset_t addr;
 407         int domain;
 408
 409         vm_domainset_iter_malloc_init(&di, kernel_object, &domain, &flags);
 410         do {
 411                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 412                 if (addr != 0)
 413                         break;
 414         } while (vm_domainset_iter_malloc(&di, &domain, &flags) == 0);
 415
 416         return (addr);
 417 }
 418
 419 /*
 420  *      kmem_back_domain:
 421  *
 422  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 423  *      virtual address range.
 424  */
 425 int
 426 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 427     vm_size_t size, int flags)
 428 {
 429         vm_offset_t offset, i;
 430         vm_page_t m, mpred;
 431         vm_prot_t prot;
 432         int pflags;
 433
 434         KASSERT(object == kernel_object,
 435             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 436
 437         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 438         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
 439         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 440         if (flags & M_WAITOK)
 441                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 442         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 443
 444         i = 0;
 445         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 446 retry:
 447         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 448         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 449                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 450                     domain, pflags, mpred);
 451
 452                 /*
 453                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 454                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 455                  * aren't on any queues.
 456                  */
 457                 if (m == NULL) {
 458                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 459                                 goto retry;
 460                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 461                         kmem_unback(object, addr, i);
 462                         return (KERN_NO_SPACE);
 463                 }
 464                 KASSERT(vm_phys_domain(m) == domain,
 465                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 466                     vm_phys_domain(m), domain));
 467                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 468                         pmap_zero_page(m);
 469                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 470                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 471                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 472                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 473                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 474 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 475                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 476                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 477 #endif
 478         }
 479         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 480
 481         return (KERN_SUCCESS);
 482 }
 483
 484 /*
 485  *      kmem_back:
 486  *
 487  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 488  */
 489 int
 490 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 491 {
 492         vm_offset_t end, next, start;
 493         int domain, rv;
 494
 495         KASSERT(object == kernel_object,
 496             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 497
 498         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 499                 /*
 500                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 501                  * all come from the same physical domain.
 502                  */
 503                 if (vm_ndomains > 1) {
 504                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 505                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 506                         if (next > end || next < start)
 507                                 next = end;
 508                 } else {
 509                         domain = 0;
 510                         next = end;
 511                 }
 512                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 513                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 514                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 515                         break;
 516                 }
 517         }
 518         return (rv);
 519 }
 520
 521 /*
 522  *      kmem_unback:
 523  *
 524  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 525  *      address range.
 526  *
 527  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 528  *      that is being unmapped.
 529  */
 530 static struct vmem *
 531 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 532 {
 533         struct vmem *arena;
 534         vm_page_t m, next;
 535         vm_offset_t end, offset;
 536         int domain;
 537
 538         KASSERT(object == kernel_object,
 539             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 540
 541         if (size == 0)
 542                 return (NULL);
 543         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 544         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 545         end = offset + size;
 546         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 547         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 548         domain = vm_phys_domain(m);
 549 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 550         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 551                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 552         else
 553                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 554 #else
 555         arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 556 #endif
 557         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 558                 next = vm_page_next(m);
 559                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
 560                 vm_page_free(m);
 561         }
 562         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 563
 564         return (arena);
 565 }
 566
 567 void
 568 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 569 {
 570
 571         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 572 }
 573
 574 /*
 575  *      kmem_free:
 576  *
 577  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 578  *      original allocation.
 579  */
 580 void
 581 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 582 {
 583         struct vmem *arena;
 584
 585         size = round_page(size);
 586         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 587         if (arena != NULL)
 588                 vmem_free(arena, addr, size);
 589 }
 590
 591 /*
 592  *      kmap_alloc_wait:
 593  *
 594  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 595  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 596  *
 597  *      This routine may block.
 598  */
 599 vm_offset_t
 600 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 601 {
 602         vm_offset_t addr;
 603
 604         size = round_page(size);
 605         if (!swap_reserve(size))
 606                 return (0);
 607
 608         for (;;) {
 609                 /*
 610                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 611                  * to lock out sleepers/wakers.
 612                  */
 613                 vm_map_lock(map);
 614                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) == 0)
 615                         break;
 616                 /* no space now; see if we can ever get space */
 617                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 618                         vm_map_unlock(map);
 619                         swap_release(size);
 620                         return (0);
 621                 }
 622                 map->needs_wakeup = TRUE;
 623                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 624         }
 625         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_ALL,
 626             VM_PROT_ALL, MAP_ACC_CHARGED);
 627         vm_map_unlock(map);
 628         return (addr);
 629 }
 630
 631 /*
 632  *      kmap_free_wakeup:
 633  *
 634  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 635  *      waiting for memory in that map.
 636  */
 637 void
 638 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 639 {
 640
 641         vm_map_lock(map);
 642         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 643         if (map->needs_wakeup) {
 644                 map->needs_wakeup = FALSE;
 645                 vm_map_wakeup(map);
 646         }
 647         vm_map_unlock(map);
 648 }
 649
 650 void
 651 kmem_init_zero_region(void)
 652 {
 653         vm_offset_t addr, i;
 654         vm_page_t m;
 655
 656         /*
 657          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 658          * This requires less looping in places that want large amounts of
 659          * zeros, while not using much more physical resources.
 660          */
 661         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 662         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
 663             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 664         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
 665                 pmap_zero_page(m);
 666         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 667                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 668         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 669
 670         zero_region = (const void *)addr;
 671 }
 672
 673 /*
 674  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 675  */
 676 static int
 677 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 678 {
 679         vm_offset_t addr;
 680         int result;
 681
 682         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 683             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 684             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 685         addr = vm_map_min(kernel_map);
 686         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 687             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 688         if (result != KERN_SUCCESS)
 689                 return (ENOMEM);
 690
 691         *addrp = addr;
 692
 693         return (0);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 698  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 699  */
 700 static int
 701 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 702 {
 703
 704         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 705             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 706             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 707         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 708             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 709 }
 710
 711 /*
 712  *      kmem_init:
 713  *
 714  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 715  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 716  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 717  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 718  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 719  */
 720 void
 721 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 722 {
 723         vm_map_t m;
 724         int domain;
 725
 726         m = vm_map_create(kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 727         m->system_map = 1;
 728         vm_map_lock(m);
 729         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 730         kernel_map = m;
 731         (void) vm_map_insert(m, NULL, (vm_ooffset_t) 0,
 732 #ifdef __amd64__
 733             KERNBASE,
 734 #else
 735             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 736 #endif
 737             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 738         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 739         vm_map_unlock(m);
 740
 741         /*
 742          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 743          */
 744         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 745         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, KVA_QUANTUM);
 746
 747         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 748                 /*
 749                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 750                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 751                  * are backed by memory from the same physical domain,
 752                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 753                  */
 754                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 755                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 756                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 757                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 758
 759                 /*
 760                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 761                  * for allocations with permissions that differ from the
 762                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 763                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 764                  */
 765 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 766                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 767                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 768                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 769                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 770                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 771 #endif
 772         }
 773 }
 774
 775 /*
 776  *      kmem_bootstrap_free:
 777  *
 778  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 779  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 780  *      vm_phys segment for preloaded data.
 781  */
 782 void
 783 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 784 {
 785 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 786         struct vm_domain *vmd;
 787         vm_offset_t end, va;
 788         vm_paddr_t pa;
 789         vm_page_t m;
 790
 791         end = trunc_page(start + size);
 792         start = round_page(start);
 793
 794         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 795                 pa = pmap_kextract(va);
 796                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 797
 798                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 799                 vm_domain_free_lock(vmd);
 800                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 801                 vmd->vmd_page_count++;
 802                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 803
 804                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 805                 vm_cnt.v_page_count++;
 806         }
 807         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 808         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 809 #endif
 810 }
 811
 812 #ifdef DIAGNOSTIC
 813 /*
 814  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 815  * purposes.
 816  */
 817 static int
 818 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 819 {
 820         int error, i;
 821
 822         i = 0;
 823         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 824         if (error)
 825                 return (error);
 826         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 827                 return (EINVAL);
 828         if (i != 0)
 829                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 830         return (0);
 831 }
 832
 833 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 834     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 835 #endif