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_pagequeue.h>
  95 #include <vm/vm_phys.h>
  96 #include <vm/vm_radix.h>
  97 #include <vm/vm_extern.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99
 100 struct vm_map kernel_map_store;
 101 struct vm_map exec_map_store;
 102 struct vm_map pipe_map_store;
 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__)
 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 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 132
 133 extern void     uma_startup2(void);
 134
 135 /*
 136  *      kva_alloc:
 137  *
 138  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 139  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 140  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 141  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 142  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 143  */
 144 vm_offset_t
 145 kva_alloc(vm_size_t size)
 146 {
 147         vm_offset_t addr;
 148
 149         size = round_page(size);
 150         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 151                 return (0);
 152
 153         return (addr);
 154 }
 155
 156 /*
 157  *      kva_free:
 158  *
 159  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 160  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 161  *      associated with that region.
 162  *
 163  *      This routine may not block on kernel maps.
 164  */
 165 void
 166 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 167 {
 168
 169         size = round_page(size);
 170         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 171 }
 172
 173 static vm_page_t
 174 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 175     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 176     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 177 {
 178         vm_page_t m;
 179         int tries;
 180         bool wait;
 181
 182         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 183
 184         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 185         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 186         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 187         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 188                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 189                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 190                 if (m != NULL || tries == 0)
 191                         break;
 192
 193                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 194                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 195                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 196                         vm_wait_domain(domain);
 197                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 198         }
 199         return (m);
 200 }
 201
 202 /*
 203  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 204  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 205  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 206  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 207  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 208  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 209  */
 210 static vm_offset_t
 211 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 212     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 213 {
 214         vmem_t *vmem;
 215         vm_object_t object;
 216         vm_offset_t addr, i, offset;
 217         vm_page_t m;
 218         int pflags;
 219         vm_prot_t prot;
 220
 221         object = kernel_object;
 222         size = round_page(size);
 223         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 224         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 225                 return (0);
 226         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 227         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 228         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 229         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 230         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 231                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 232                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 233                 if (m == NULL) {
 234                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 235                         kmem_unback(object, addr, i);
 236                         vmem_free(vmem, addr, size);
 237                         return (0);
 238                 }
 239                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 240                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 241                     vm_page_domain(m), domain));
 242                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 243                         pmap_zero_page(m);
 244                 vm_page_valid(m);
 245                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 246                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 247         }
 248         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 249         return (addr);
 250 }
 251
 252 vm_offset_t
 253 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 254     vm_memattr_t memattr)
 255 {
 256
 257         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 258             high, memattr));
 259 }
 260
 261 vm_offset_t
 262 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 263     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 264 {
 265         struct vm_domainset_iter di;
 266         vm_offset_t addr;
 267         int domain;
 268
 269         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 270         do {
 271                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 272                     memattr);
 273                 if (addr != 0)
 274                         break;
 275         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 276
 277         return (addr);
 278 }
 279
 280 /*
 281  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 282  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 283  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 284  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 285  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 286  *      mapped.
 287  */
 288 static vm_offset_t
 289 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 290     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 291     vm_memattr_t memattr)
 292 {
 293         vmem_t *vmem;
 294         vm_object_t object;
 295         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 296         vm_page_t end_m, m;
 297         u_long npages;
 298         int pflags;
 299
 300         object = kernel_object;
 301         size = round_page(size);
 302         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 303         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 304                 return (0);
 305         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 306         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 307         npages = atop(size);
 308         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 309         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 310             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 311         if (m == NULL) {
 312                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 313                 vmem_free(vmem, addr, size);
 314                 return (0);
 315         }
 316         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 317             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 318             vm_page_domain(m), domain));
 319         end_m = m + npages;
 320         tmp = addr;
 321         for (; m < end_m; m++) {
 322                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 323                         pmap_zero_page(m);
 324                 vm_page_valid(m);
 325                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 326                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 327                 tmp += PAGE_SIZE;
 328         }
 329         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 330         return (addr);
 331 }
 332
 333 vm_offset_t
 334 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 335     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 336 {
 337
 338         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 339             high, alignment, boundary, memattr));
 340 }
 341
 342 vm_offset_t
 343 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 344     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 345     vm_memattr_t memattr)
 346 {
 347         struct vm_domainset_iter di;
 348         vm_offset_t addr;
 349         int domain;
 350
 351         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 352         do {
 353                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 354                     alignment, boundary, memattr);
 355                 if (addr != 0)
 356                         break;
 357         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 358
 359         return (addr);
 360 }
 361
 362 /*
 363  *      kmem_subinit:
 364  *
 365  *      Initializes a map to manage a subrange
 366  *      of the kernel virtual address space.
 367  *
 368  *      Arguments are as follows:
 369  *
 370  *      parent          Map to take range from
 371  *      min, max        Returned endpoints of map
 372  *      size            Size of range to find
 373  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 374  */
 375 void
 376 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 377     vm_size_t size, bool superpage_align)
 378 {
 379         int ret;
 380
 381         size = round_page(size);
 382
 383         *min = vm_map_min(parent);
 384         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 385             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 386             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 387         if (ret != KERN_SUCCESS)
 388                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 389         *max = *min + size;
 390         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 391         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 392                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 393 }
 394
 395 /*
 396  *      kmem_malloc_domain:
 397  *
 398  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 399  */
 400 static vm_offset_t
 401 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 402 {
 403         vmem_t *arena;
 404         vm_offset_t addr;
 405         int rv;
 406
 407         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 408                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 409         else
 410                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 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_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_page_domain(m) == domain,
 493                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 494                     vm_page_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                 vm_page_valid(m);
 500                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 501                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 502                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 503                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 504         }
 505         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 506
 507         return (KERN_SUCCESS);
 508 }
 509
 510 /*
 511  *      kmem_back:
 512  *
 513  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 514  */
 515 int
 516 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 517 {
 518         vm_offset_t end, next, start;
 519         int domain, rv;
 520
 521         KASSERT(object == kernel_object,
 522             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 523
 524         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 525                 /*
 526                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 527                  * all come from the same physical domain.
 528                  */
 529                 if (vm_ndomains > 1) {
 530                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 531                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 532                                 domain++;
 533                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 534                         if (next > end || next < start)
 535                                 next = end;
 536                 } else {
 537                         domain = 0;
 538                         next = end;
 539                 }
 540                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 541                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 542                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 543                         break;
 544                 }
 545         }
 546         return (rv);
 547 }
 548
 549 /*
 550  *      kmem_unback:
 551  *
 552  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 553  *      address range.
 554  *
 555  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 556  *      that is being unmapped.
 557  */
 558 static struct vmem *
 559 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 560 {
 561         struct vmem *arena;
 562         vm_page_t m, next;
 563         vm_offset_t end, offset;
 564         int domain;
 565
 566         KASSERT(object == kernel_object,
 567             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 568
 569         if (size == 0)
 570                 return (NULL);
 571         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 572         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 573         end = offset + size;
 574         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 575         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 576         domain = vm_page_domain(m);
 577         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 578                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 579         else
 580                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 581         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 582                 next = vm_page_next(m);
 583                 vm_page_xbusy_claim(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_size_t quantum;
 750         int domain;
 751
 752         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 753         kernel_map->system_map = 1;
 754         vm_map_lock(kernel_map);
 755         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 756         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 757 #ifdef __amd64__
 758             KERNBASE,
 759 #else
 760             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 761 #endif
 762             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 763         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 764
 765 #ifdef __amd64__
 766         /*
 767          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 768          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 769          * instead.
 770          */
 771         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 772             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 773             sizeof(struct vm_page)),
 774             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 775 #endif
 776         vm_map_unlock(kernel_map);
 777
 778         /*
 779          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 780          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 781          * the per-domain arenas.
 782          */
 783         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 784                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 785         else
 786                 quantum = KVA_QUANTUM;
 787
 788         /*
 789          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 790          */
 791         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 792         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 793
 794         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 795                 /*
 796                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 797                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 798                  * are backed by memory from the same physical domain,
 799                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 800                  */
 801                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 802                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 803                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 804                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 805
 806                 /*
 807                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 808                  * for allocations with permissions that differ from the
 809                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 810                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 811                  *
 812                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 813                  */
 814 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 815                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 816                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 817                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 818                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 819                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 820 #else
 821                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 822                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 823 #endif
 824         }
 825
 826         /*
 827          * This must be the very first call so that the virtual address
 828          * space used for early allocations is properly marked used in
 829          * the map.
 830          */
 831         uma_startup2();
 832 }
 833
 834 /*
 835  *      kmem_bootstrap_free:
 836  *
 837  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 838  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 839  *      vm_phys segment for preloaded data.
 840  */
 841 void
 842 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 843 {
 844 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 845         struct vm_domain *vmd;
 846         vm_offset_t end, va;
 847         vm_paddr_t pa;
 848         vm_page_t m;
 849
 850         end = trunc_page(start + size);
 851         start = round_page(start);
 852
 853 #ifdef __amd64__
 854         /*
 855          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 856          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 857          * is updated.
 858          */
 859         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 860 #endif
 861         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 862                 pa = pmap_kextract(va);
 863                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 864
 865                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 866                 vm_domain_free_lock(vmd);
 867                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 868                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 869
 870                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 871                 vm_cnt.v_page_count++;
 872         }
 873         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 874         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 875 #endif
 876 }
 877
 878 /*
 879  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 880  * purposes.
 881  */
 882 static int
 883 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 884 {
 885         int error, i;
 886
 887         i = 0;
 888         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 889         if (error)
 890                 return (error);
 891         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 892                 return (EINVAL);
 893         if (i != 0)
 894                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 895         return (0);
 896 }
 897
 898 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 899     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");