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