]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_kern.c
Merge branch 'releng/11.3' into releng-CDN/11.3
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_kern.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991, 1993
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
33  *
34  *
35  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
36  * All rights reserved.
37  *
38  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
39  *
40  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
41  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
42  * notice and this permission notice appear in all copies of the
43  * software, derivative works or modified versions, and any portions
44  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
45  *
46  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
47  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
48  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
49  *
50  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
51  *
52  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
53  *  School of Computer Science
54  *  Carnegie Mellon University
55  *  Pittsburgh PA 15213-3890
56  *
57  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
58  * rights to redistribute these changes.
59  */
60
61 /*
62  *      Kernel memory management.
63  */
64
65 #include <sys/cdefs.h>
66 __FBSDID("$FreeBSD$");
67
68 #include <sys/param.h>
69 #include <sys/systm.h>
70 #include <sys/kernel.h>         /* for ticks and hz */
71 #include <sys/eventhandler.h>
72 #include <sys/lock.h>
73 #include <sys/proc.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/rwlock.h>
76 #include <sys/sysctl.h>
77 #include <sys/vmem.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <vm/vm_kern.h>
82 #include <vm/pmap.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_phys.h>
88 #include <vm/vm_radix.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/uma.h>
91
92 vm_map_t kernel_map;
93 vm_map_t exec_map;
94 vm_map_t pipe_map;
95
96 const void *zero_region;
97 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
98
99 /* NB: Used by kernel debuggers. */
100 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
101
102 u_int exec_map_entry_size;
103 u_int exec_map_entries;
104
105 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
106     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
107
108 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
109 #if defined(__arm__) || defined(__sparc64__)
110     &vm_max_kernel_address, 0,
111 #else
112     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
113 #endif
114     "Max kernel address");
115
116 /*
117  *      kva_alloc:
118  *
119  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
120  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
121  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
122  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
123  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic. 
124  */
125 vm_offset_t
126 kva_alloc(vm_size_t size)
127 {
128         vm_offset_t addr;
129
130         size = round_page(size);
131         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
132                 return (0);
133
134         return (addr);
135 }
136
137 /*
138  *      kva_free:
139  *
140  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
141  *      with kva_alloc, and return the physical pages
142  *      associated with that region.
143  *
144  *      This routine may not block on kernel maps.
145  */
146 void
147 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
148 {
149
150         size = round_page(size);
151         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
152 }
153
154 /*
155  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
156  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
157  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
158  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
159  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
160  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
161  */
162 vm_offset_t
163 kmem_alloc_attr(vmem_t *vmem, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
164     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
165 {
166         vm_object_t object = vmem == kmem_arena ? kmem_object : kernel_object;
167         vm_offset_t addr, i, offset;
168         vm_page_t m;
169         int pflags, tries;
170
171         size = round_page(size);
172         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
173                 return (0);
174         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
175         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
176         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
177         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
178         VM_OBJECT_WLOCK(object);
179         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
180                 tries = 0;
181 retry:
182                 m = vm_page_alloc_contig(object, atop(offset + i),
183                     pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
184                 if (m == NULL) {
185                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
186                         if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
187                                 if (!vm_page_reclaim_contig(pflags, 1,
188                                     low, high, PAGE_SIZE, 0) &&
189                                     (flags & M_WAITOK) != 0)
190                                         VM_WAIT;
191                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
192                                 tries++;
193                                 goto retry;
194                         }
195                         kmem_unback(object, addr, i);
196                         vmem_free(vmem, addr, size);
197                         return (0);
198                 }
199                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
200                         pmap_zero_page(m);
201                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
202                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL,
203                     VM_PROT_ALL | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
204         }
205         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
206         return (addr);
207 }
208
209 /*
210  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
211  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
212  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
213  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
214  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
215  *      mapped.
216  */
217 vm_offset_t
218 kmem_alloc_contig(struct vmem *vmem, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
219     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
220     vm_memattr_t memattr)
221 {
222         vm_object_t object = vmem == kmem_arena ? kmem_object : kernel_object;
223         vm_offset_t addr, offset, tmp;
224         vm_page_t end_m, m;
225         u_long npages;
226         int pflags, tries;
227  
228         size = round_page(size);
229         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
230                 return (0);
231         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
232         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
233         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
234         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
235         npages = atop(size);
236         VM_OBJECT_WLOCK(object);
237         tries = 0;
238 retry:
239         m = vm_page_alloc_contig(object, atop(offset), pflags,
240             npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
241         if (m == NULL) {
242                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
243                 if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
244                         if (!vm_page_reclaim_contig(pflags, npages, low, high,
245                             alignment, boundary) && (flags & M_WAITOK) != 0)
246                                 VM_WAIT;
247                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
248                         tries++;
249                         goto retry;
250                 }
251                 vmem_free(vmem, addr, size);
252                 return (0);
253         }
254         end_m = m + npages;
255         tmp = addr;
256         for (; m < end_m; m++) {
257                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
258                         pmap_zero_page(m);
259                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
260                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_ALL,
261                     VM_PROT_ALL | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
262                 tmp += PAGE_SIZE;
263         }
264         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
265         return (addr);
266 }
267
268 /*
269  *      kmem_suballoc:
270  *
271  *      Allocates a map to manage a subrange
272  *      of the kernel virtual address space.
273  *
274  *      Arguments are as follows:
275  *
276  *      parent          Map to take range from
277  *      min, max        Returned endpoints of map
278  *      size            Size of range to find
279  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
280  */
281 vm_map_t
282 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
283     vm_size_t size, boolean_t superpage_align)
284 {
285         int ret;
286         vm_map_t result;
287
288         size = round_page(size);
289
290         *min = vm_map_min(parent);
291         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
292             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
293             MAP_ACC_NO_CHARGE);
294         if (ret != KERN_SUCCESS)
295                 panic("kmem_suballoc: bad status return of %d", ret);
296         *max = *min + size;
297         result = vm_map_create(vm_map_pmap(parent), *min, *max);
298         if (result == NULL)
299                 panic("kmem_suballoc: cannot create submap");
300         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, result) != KERN_SUCCESS)
301                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
302         return (result);
303 }
304
305 /*
306  *      kmem_malloc:
307  *
308  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
309  */
310 vm_offset_t
311 kmem_malloc(struct vmem *vmem, vm_size_t size, int flags)
312 {
313         vm_offset_t addr;
314         int rv;
315
316         size = round_page(size);
317         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
318                 return (0);
319
320         rv = kmem_back((vmem == kmem_arena) ? kmem_object : kernel_object,
321             addr, size, flags);
322         if (rv != KERN_SUCCESS) {
323                 vmem_free(vmem, addr, size);
324                 return (0);
325         }
326         return (addr);
327 }
328
329 /*
330  *      kmem_back:
331  *
332  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
333  */
334 int
335 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
336 {
337         vm_offset_t offset, i;
338         vm_page_t m, mpred;
339         int pflags;
340
341         KASSERT(object == kmem_object || object == kernel_object,
342             ("kmem_back: only supports kernel objects."));
343
344         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
345         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED;
346         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
347         if (flags & M_WAITOK)
348                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
349
350         i = 0;
351         VM_OBJECT_WLOCK(object);
352 retry:
353         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
354         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
355                 m = vm_page_alloc_after(object, atop(offset + i), pflags,
356                     mpred);
357
358                 /*
359                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
360                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
361                  * aren't on any queues.
362                  */
363                 if (m == NULL) {
364                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
365                                 goto retry;
366                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
367                         kmem_unback(object, addr, i);
368                         return (KERN_NO_SPACE);
369                 }
370                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
371                         pmap_zero_page(m);
372                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
373                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
374                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
375                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL,
376                     VM_PROT_ALL | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
377         }
378         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
379
380         return (KERN_SUCCESS);
381 }
382
383 /*
384  *      kmem_unback:
385  *
386  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
387  *      address range.
388  *
389  *      A physical page must exist within the specified object at each index
390  *      that is being unmapped.
391  */
392 void
393 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
394 {
395         vm_page_t m, next;
396         vm_offset_t end, offset;
397
398         KASSERT(object == kmem_object || object == kernel_object,
399             ("kmem_unback: only supports kernel objects."));
400
401         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
402         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
403         end = offset + size;
404         VM_OBJECT_WLOCK(object);
405         for (m = vm_page_lookup(object, atop(offset)); offset < end;
406             offset += PAGE_SIZE, m = next) {
407                 next = vm_page_next(m);
408                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
409                 vm_page_free(m);
410         }
411         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
412 }
413
414 /*
415  *      kmem_free:
416  *
417  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
418  *      original allocation.
419  */
420 void
421 kmem_free(struct vmem *vmem, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
422 {
423
424         size = round_page(size);
425         kmem_unback((vmem == kmem_arena) ? kmem_object : kernel_object,
426             addr, size);
427         vmem_free(vmem, addr, size);
428 }
429
430 /*
431  *      kmap_alloc_wait:
432  *
433  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
434  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
435  *
436  *      This routine may block.
437  */
438 vm_offset_t
439 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
440 {
441         vm_offset_t addr;
442
443         size = round_page(size);
444         if (!swap_reserve(size))
445                 return (0);
446
447         for (;;) {
448                 /*
449                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
450                  * to lock out sleepers/wakers.
451                  */
452                 vm_map_lock(map);
453                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) == 0)
454                         break;
455                 /* no space now; see if we can ever get space */
456                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
457                         vm_map_unlock(map);
458                         swap_release(size);
459                         return (0);
460                 }
461                 map->needs_wakeup = TRUE;
462                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
463         }
464         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
465             MAP_ACC_CHARGED);
466         vm_map_unlock(map);
467         return (addr);
468 }
469
470 /*
471  *      kmap_free_wakeup:
472  *
473  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
474  *      waiting for memory in that map.
475  */
476 void
477 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
478 {
479
480         vm_map_lock(map);
481         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
482         if (map->needs_wakeup) {
483                 map->needs_wakeup = FALSE;
484                 vm_map_wakeup(map);
485         }
486         vm_map_unlock(map);
487 }
488
489 void
490 kmem_init_zero_region(void)
491 {
492         vm_offset_t addr, i;
493         vm_page_t m;
494
495         /*
496          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
497          * This requires less looping in places that want large amounts of
498          * zeros, while not using much more physical resources.
499          */
500         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
501         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
502             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
503         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
504                 pmap_zero_page(m);
505         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
506                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
507         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
508
509         zero_region = (const void *)addr;
510 }
511
512 /*
513  *      kmem_init:
514  *
515  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text, 
516  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The 
517  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and 
518  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
519  */
520 void
521 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
522 {
523         vm_map_t m;
524
525         m = vm_map_create(kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
526         m->system_map = 1;
527         vm_map_lock(m);
528         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
529         kernel_map = m;
530         (void) vm_map_insert(m, NULL, (vm_ooffset_t) 0,
531 #ifdef __amd64__
532             KERNBASE,
533 #else                
534             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
535 #endif
536             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
537         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
538         vm_map_unlock(m);
539 }
540
541 /*
542  *      kmem_bootstrap_free:
543  *
544  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
545  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
546  *      vm_phys segment for preloaded data.
547  */
548 void
549 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
550 {
551 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
552         struct vm_domain *vmd;
553         vm_offset_t end, va;
554         vm_paddr_t pa;
555         vm_page_t m;
556
557         end = trunc_page(start + size);
558         start = round_page(start);
559
560         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
561                 pa = pmap_kextract(va);
562                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
563
564                 vmd = vm_phys_domain(m);
565                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
566                 vm_phys_free_pages(m, 0);
567                 vmd->vmd_page_count++;
568                 vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
569                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
570
571                 vm_cnt.v_page_count++;
572         }
573         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
574         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
575 #endif
576 }
577
578 #ifdef DIAGNOSTIC
579 /*
580  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
581  * purposes.
582  */
583 static int
584 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
585 {
586         int error, i;
587
588         i = 0;
589         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
590         if (error)
591                 return (error);
592         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
593                 return (EINVAL);
594         if (i != 0)
595                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
596         return (0);
597 }
598
599 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW, 0, 0,
600     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
601 #endif