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/asan.h>
  75 #include <sys/domainset.h>
  76 #include <sys/eventhandler.h>
  77 #include <sys/kernel.h>
  78 #include <sys/lock.h>
  79 #include <sys/malloc.h>
  80 #include <sys/msan.h>
  81 #include <sys/proc.h>
  82 #include <sys/rwlock.h>
  83 #include <sys/sysctl.h>
  84 #include <sys/vmem.h>
  85 #include <sys/vmmeter.h>
  86
  87 #include <vm/vm.h>
  88 #include <vm/vm_param.h>
  89 #include <vm/vm_domainset.h>
  90 #include <vm/vm_kern.h>
  91 #include <vm/pmap.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <vm/vm_object.h>
  94 #include <vm/vm_page.h>
  95 #include <vm/vm_pageout.h>
  96 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  97 #include <vm/vm_phys.h>
  98 #include <vm/vm_radix.h>
  99 #include <vm/vm_extern.h>
 100 #include <vm/uma.h>
 101
 102 struct vm_map kernel_map_store;
 103 struct vm_map exec_map_store;
 104 struct vm_map pipe_map_store;
 105
 106 const void *zero_region;
 107 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 108
 109 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 110 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 111
 112 u_int exec_map_entry_size;
 113 u_int exec_map_entries;
 114
 115 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 116     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 117
 118 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 119 #if defined(__arm__)
 120     &vm_max_kernel_address, 0,
 121 #else
 122     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 123 #endif
 124     "Max kernel address");
 125
 126 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 127 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 128 #else
 129 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 130 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 131 #endif
 132 #define KVA_QUANTUM             (1ul << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 133 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 134
 135 extern void     uma_startup2(void);
 136
 137 /*
 138  *      kva_alloc:
 139  *
 140  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 141  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 142  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 143  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 144  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 145  */
 146 vm_offset_t
 147 kva_alloc(vm_size_t size)
 148 {
 149         vm_offset_t addr;
 150
 151         size = round_page(size);
 152         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 153                 return (0);
 154
 155         return (addr);
 156 }
 157
 158 /*
 159  *      kva_free:
 160  *
 161  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 162  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 163  *      associated with that region.
 164  *
 165  *      This routine may not block on kernel maps.
 166  */
 167 void
 168 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 169 {
 170
 171         size = round_page(size);
 172         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Update sanitizer shadow state to reflect a new allocation.  Force inlining to
 177  * help make KMSAN origin tracking more precise.
 178  */
 179 static __always_inline void
 180 kmem_alloc_san(vm_offset_t addr, vm_size_t size, vm_size_t asize, int flags)
 181 {
 182         if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 183                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_UNINIT);
 184                 kmsan_orig((void *)addr, asize, KMSAN_TYPE_KMEM,
 185                     KMSAN_RET_ADDR);
 186         } else {
 187                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_INITED);
 188         }
 189         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 190 }
 191
 192 static vm_page_t
 193 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 194     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 195     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 196 {
 197         vm_page_t m;
 198         int tries;
 199         bool wait, reclaim;
 200
 201         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 202
 203         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 204         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 205         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 206         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 207         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 208                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 209                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 210                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 211                         break;
 212
 213                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 214                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 215                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 216                         vm_wait_domain(domain);
 217                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 218         }
 219         return (m);
 220 }
 221
 222 /*
 223  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 224  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 225  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 226  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 227  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 228  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 229  */
 230 static vm_offset_t
 231 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 232     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 233 {
 234         vmem_t *vmem;
 235         vm_object_t object;
 236         vm_offset_t addr, i, offset;
 237         vm_page_t m;
 238         vm_size_t asize;
 239         int pflags;
 240         vm_prot_t prot;
 241
 242         object = kernel_object;
 243         asize = round_page(size);
 244         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 245         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 246                 return (0);
 247         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 248         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 249         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 250         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 251         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 252                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 253                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 254                 if (m == NULL) {
 255                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 256                         kmem_unback(object, addr, i);
 257                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 258                         return (0);
 259                 }
 260                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 261                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 262                     vm_page_domain(m), domain));
 263                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 264                         pmap_zero_page(m);
 265                 vm_page_valid(m);
 266                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 267                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 268         }
 269         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 270         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 271         return (addr);
 272 }
 273
 274 vm_offset_t
 275 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 276     vm_memattr_t memattr)
 277 {
 278
 279         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 280             high, memattr));
 281 }
 282
 283 vm_offset_t
 284 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 285     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 286 {
 287         struct vm_domainset_iter di;
 288         vm_offset_t addr;
 289         int domain;
 290
 291         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 292         do {
 293                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 294                     memattr);
 295                 if (addr != 0)
 296                         break;
 297         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 298
 299         return (addr);
 300 }
 301
 302 /*
 303  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 304  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 305  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 306  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 307  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 308  *      mapped.
 309  */
 310 static vm_offset_t
 311 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 312     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 313     vm_memattr_t memattr)
 314 {
 315         vmem_t *vmem;
 316         vm_object_t object;
 317         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 318         vm_page_t end_m, m;
 319         vm_size_t asize;
 320         u_long npages;
 321         int pflags;
 322
 323         object = kernel_object;
 324         asize = round_page(size);
 325         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 326         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 327                 return (0);
 328         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 329         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 330         npages = atop(asize);
 331         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 332         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 333             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 334         if (m == NULL) {
 335                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 336                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 337                 return (0);
 338         }
 339         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 340             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 341             vm_page_domain(m), domain));
 342         end_m = m + npages;
 343         tmp = addr;
 344         for (; m < end_m; m++) {
 345                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 346                         pmap_zero_page(m);
 347                 vm_page_valid(m);
 348                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 349                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 350                 tmp += PAGE_SIZE;
 351         }
 352         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 353         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 354         return (addr);
 355 }
 356
 357 vm_offset_t
 358 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 359     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 360 {
 361
 362         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 363             high, alignment, boundary, memattr));
 364 }
 365
 366 vm_offset_t
 367 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 368     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 369     vm_memattr_t memattr)
 370 {
 371         struct vm_domainset_iter di;
 372         vm_offset_t addr;
 373         int domain;
 374
 375         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 376         do {
 377                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 378                     alignment, boundary, memattr);
 379                 if (addr != 0)
 380                         break;
 381         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 382
 383         return (addr);
 384 }
 385
 386 /*
 387  *      kmem_subinit:
 388  *
 389  *      Initializes a map to manage a subrange
 390  *      of the kernel virtual address space.
 391  *
 392  *      Arguments are as follows:
 393  *
 394  *      parent          Map to take range from
 395  *      min, max        Returned endpoints of map
 396  *      size            Size of range to find
 397  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 398  */
 399 void
 400 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 401     vm_size_t size, bool superpage_align)
 402 {
 403         int ret;
 404
 405         size = round_page(size);
 406
 407         *min = vm_map_min(parent);
 408         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 409             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 410             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 411         if (ret != KERN_SUCCESS)
 412                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 413         *max = *min + size;
 414         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 415         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 416                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 417 }
 418
 419 /*
 420  *      kmem_malloc_domain:
 421  *
 422  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 423  */
 424 static vm_offset_t
 425 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 426 {
 427         vmem_t *arena;
 428         vm_offset_t addr;
 429         vm_size_t asize;
 430         int rv;
 431
 432         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 433                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 434         else
 435                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 436         asize = round_page(size);
 437         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 438                 return (0);
 439
 440         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 441         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 442                 vmem_free(arena, addr, asize);
 443                 return (0);
 444         }
 445         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 446         return (addr);
 447 }
 448
 449 vm_offset_t
 450 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 451 {
 452
 453         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 454 }
 455
 456 vm_offset_t
 457 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 458 {
 459         struct vm_domainset_iter di;
 460         vm_offset_t addr;
 461         int domain;
 462
 463         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 464         do {
 465                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 466                 if (addr != 0)
 467                         break;
 468         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 469
 470         return (addr);
 471 }
 472
 473 /*
 474  *      kmem_back_domain:
 475  *
 476  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 477  *      virtual address range.
 478  */
 479 int
 480 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 481     vm_size_t size, int flags)
 482 {
 483         vm_offset_t offset, i;
 484         vm_page_t m, mpred;
 485         vm_prot_t prot;
 486         int pflags;
 487
 488         KASSERT(object == kernel_object,
 489             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 490
 491         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 492         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 493         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 494         if (flags & M_WAITOK)
 495                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 496         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 497
 498         i = 0;
 499         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 500 retry:
 501         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 502         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 503                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 504                     domain, pflags, mpred);
 505
 506                 /*
 507                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 508                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 509                  * aren't on any queues.
 510                  */
 511                 if (m == NULL) {
 512                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 513                                 goto retry;
 514                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 515                         kmem_unback(object, addr, i);
 516                         return (KERN_NO_SPACE);
 517                 }
 518                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 519                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 520                     vm_page_domain(m), domain));
 521                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 522                         pmap_zero_page(m);
 523                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 524                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 525                 vm_page_valid(m);
 526                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 527                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 528                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 529                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 530         }
 531         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 532         kmem_alloc_san(addr, size, size, flags);
 533         return (KERN_SUCCESS);
 534 }
 535
 536 /*
 537  *      kmem_back:
 538  *
 539  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 540  */
 541 int
 542 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 543 {
 544         vm_offset_t end, next, start;
 545         int domain, rv;
 546
 547         KASSERT(object == kernel_object,
 548             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 549
 550         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 551                 /*
 552                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 553                  * all come from the same physical domain.
 554                  */
 555                 if (vm_ndomains > 1) {
 556                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 557                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 558                                 domain++;
 559                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 560                         if (next > end || next < start)
 561                                 next = end;
 562                 } else {
 563                         domain = 0;
 564                         next = end;
 565                 }
 566                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 567                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 568                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 569                         break;
 570                 }
 571         }
 572         return (rv);
 573 }
 574
 575 /*
 576  *      kmem_unback:
 577  *
 578  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 579  *      address range.
 580  *
 581  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 582  *      that is being unmapped.
 583  */
 584 static struct vmem *
 585 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 586 {
 587         struct vmem *arena;
 588         vm_page_t m, next;
 589         vm_offset_t end, offset;
 590         int domain;
 591
 592         KASSERT(object == kernel_object,
 593             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 594
 595         if (size == 0)
 596                 return (NULL);
 597         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 598         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 599         end = offset + size;
 600         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 601         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 602         domain = vm_page_domain(m);
 603         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 604                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 605         else
 606                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 607         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 608                 next = vm_page_next(m);
 609                 vm_page_xbusy_claim(m);
 610                 vm_page_unwire_noq(m);
 611                 vm_page_free(m);
 612         }
 613         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 614
 615         return (arena);
 616 }
 617
 618 void
 619 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 620 {
 621
 622         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 623 }
 624
 625 /*
 626  *      kmem_free:
 627  *
 628  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 629  *      original allocation.
 630  */
 631 void
 632 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 633 {
 634         struct vmem *arena;
 635
 636         size = round_page(size);
 637         kasan_mark((void *)addr, size, size, 0);
 638         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 639         if (arena != NULL)
 640                 vmem_free(arena, addr, size);
 641 }
 642
 643 /*
 644  *      kmap_alloc_wait:
 645  *
 646  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 647  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 648  *
 649  *      This routine may block.
 650  */
 651 vm_offset_t
 652 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 653 {
 654         vm_offset_t addr;
 655
 656         size = round_page(size);
 657         if (!swap_reserve(size))
 658                 return (0);
 659
 660         for (;;) {
 661                 /*
 662                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 663                  * to lock out sleepers/wakers.
 664                  */
 665                 vm_map_lock(map);
 666                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 667                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 668                         break;
 669                 /* no space now; see if we can ever get space */
 670                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 671                         vm_map_unlock(map);
 672                         swap_release(size);
 673                         return (0);
 674                 }
 675                 map->needs_wakeup = TRUE;
 676                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 677         }
 678         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 679             MAP_ACC_CHARGED);
 680         vm_map_unlock(map);
 681         return (addr);
 682 }
 683
 684 /*
 685  *      kmap_free_wakeup:
 686  *
 687  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 688  *      waiting for memory in that map.
 689  */
 690 void
 691 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 692 {
 693
 694         vm_map_lock(map);
 695         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 696         if (map->needs_wakeup) {
 697                 map->needs_wakeup = FALSE;
 698                 vm_map_wakeup(map);
 699         }
 700         vm_map_unlock(map);
 701 }
 702
 703 void
 704 kmem_init_zero_region(void)
 705 {
 706         vm_offset_t addr, i;
 707         vm_page_t m;
 708
 709         /*
 710          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 711          * This requires less looping in places that want large amounts of
 712          * zeros, while not using much more physical resources.
 713          */
 714         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 715         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 716         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 717                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 718         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 719
 720         zero_region = (const void *)addr;
 721 }
 722
 723 /*
 724  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 725  */
 726 static int
 727 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 728 {
 729         vm_offset_t addr;
 730         int result;
 731
 732         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 733             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 734             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 735         addr = vm_map_min(kernel_map);
 736         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 737             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 738         if (result != KERN_SUCCESS)
 739                 return (ENOMEM);
 740
 741         *addrp = addr;
 742
 743         return (0);
 744 }
 745
 746 /*
 747  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 748  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 749  */
 750 static int
 751 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 752 {
 753
 754         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 755             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 756             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 757         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 758             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 759 }
 760
 761 /*
 762  *      kmem_init:
 763  *
 764  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 765  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 766  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 767  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 768  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 769  */
 770 void
 771 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 772 {
 773         vm_size_t quantum;
 774         int domain;
 775
 776         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 777         kernel_map->system_map = 1;
 778         vm_map_lock(kernel_map);
 779         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 780         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 781 #ifdef __amd64__
 782             KERNBASE,
 783 #else
 784             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 785 #endif
 786             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 787         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 788
 789 #ifdef __amd64__
 790         /*
 791          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 792          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 793          * instead.
 794          */
 795         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 796             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 797             sizeof(struct vm_page)),
 798             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 799 #endif
 800         vm_map_unlock(kernel_map);
 801
 802         /*
 803          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 804          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 805          * the per-domain arenas.
 806          */
 807         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 808                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 809         else
 810                 quantum = KVA_QUANTUM;
 811
 812         /*
 813          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 814          */
 815         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 816         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 817
 818         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 819                 /*
 820                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 821                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 822                  * are backed by memory from the same physical domain,
 823                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 824                  */
 825                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 826                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 827                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 828                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 829
 830                 /*
 831                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 832                  * for allocations with permissions that differ from the
 833                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 834                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 835                  *
 836                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 837                  */
 838 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 839                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 840                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 841                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 842                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 843                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 844 #else
 845                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 846                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 847 #endif
 848         }
 849
 850         /*
 851          * This must be the very first call so that the virtual address
 852          * space used for early allocations is properly marked used in
 853          * the map.
 854          */
 855         uma_startup2();
 856 }
 857
 858 /*
 859  *      kmem_bootstrap_free:
 860  *
 861  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 862  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 863  *      vm_phys segment for preloaded data.
 864  */
 865 void
 866 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 867 {
 868 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 869         struct vm_domain *vmd;
 870         vm_offset_t end, va;
 871         vm_paddr_t pa;
 872         vm_page_t m;
 873
 874         end = trunc_page(start + size);
 875         start = round_page(start);
 876
 877 #ifdef __amd64__
 878         /*
 879          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 880          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 881          * is updated.
 882          */
 883         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 884 #endif
 885         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 886                 pa = pmap_kextract(va);
 887                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 888
 889                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 890                 vm_domain_free_lock(vmd);
 891                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 892                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 893
 894                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 895                 vm_cnt.v_page_count++;
 896         }
 897         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 898         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 899 #endif
 900 }
 901
 902 /*
 903  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 904  * purposes.
 905  */
 906 static int
 907 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 908 {
 909         int error, i;
 910
 911         i = 0;
 912         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 913         if (error != 0)
 914                 return (error);
 915         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 916                 return (EINVAL);
 917         if (i != 0)
 918                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 919         return (0);
 920 }
 921 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 922     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 923     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 924
 925 static int
 926 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 927 {
 928         int error, i;
 929
 930         i = 0;
 931         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 932         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 933                 return (error);
 934         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 935             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 936                 return (EINVAL);
 937         uma_reclaim(i);
 938         return (0);
 939 }
 940 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 941     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 942     "set to generate request to reclaim uma caches");
 943
 944 static int
 945 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 946 {
 947         int domain, error, request;
 948
 949         request = 0;
 950         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 951         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 952                 return (error);
 953
 954         domain = request >> 4;
 955         request &= 0xf;
 956         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 957             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 958                 return (EINVAL);
 959         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 960                 return (EINVAL);
 961         uma_reclaim_domain(request, domain);
 962         return (0);
 963 }
 964 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 965     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 966     debug_uma_reclaim_domain, "I",
 967     "");