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         TSENTER();
 152         size = round_page(size);
 153         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 154                 return (0);
 155         TSEXIT();
 156
 157         return (addr);
 158 }
 159
 160 /*
 161  *      kva_free:
 162  *
 163  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 164  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 165  *      associated with that region.
 166  *
 167  *      This routine may not block on kernel maps.
 168  */
 169 void
 170 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 171 {
 172
 173         size = round_page(size);
 174         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 175 }
 176
 177 /*
 178  * Update sanitizer shadow state to reflect a new allocation.  Force inlining to
 179  * help make KMSAN origin tracking more precise.
 180  */
 181 static __always_inline void
 182 kmem_alloc_san(vm_offset_t addr, vm_size_t size, vm_size_t asize, int flags)
 183 {
 184         if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 185                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_UNINIT);
 186                 kmsan_orig((void *)addr, asize, KMSAN_TYPE_KMEM,
 187                     KMSAN_RET_ADDR);
 188         } else {
 189                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_INITED);
 190         }
 191         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 192 }
 193
 194 static vm_page_t
 195 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 196     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 197     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 198 {
 199         vm_page_t m;
 200         int tries;
 201         bool wait, reclaim;
 202
 203         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 204
 205         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 206         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 207         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 208         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 209         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 210                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 211                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 212                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 213                         break;
 214
 215                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 216                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 217                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 218                         vm_wait_domain(domain);
 219                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 220         }
 221         return (m);
 222 }
 223
 224 /*
 225  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 226  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 227  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 228  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 229  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 230  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 231  */
 232 static void *
 233 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 234     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 235 {
 236         vmem_t *vmem;
 237         vm_object_t object;
 238         vm_offset_t addr, i, offset;
 239         vm_page_t m;
 240         vm_size_t asize;
 241         int pflags;
 242         vm_prot_t prot;
 243
 244         object = kernel_object;
 245         asize = round_page(size);
 246         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 247         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 248                 return (0);
 249         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 250         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 251         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 252         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 253         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 254                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 255                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 256                 if (m == NULL) {
 257                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 258                         kmem_unback(object, addr, i);
 259                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 260                         return (0);
 261                 }
 262                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 263                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 264                     vm_page_domain(m), domain));
 265                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 266                         pmap_zero_page(m);
 267                 vm_page_valid(m);
 268                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 269                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 270         }
 271         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 272         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 273         return ((void *)addr);
 274 }
 275
 276 void *
 277 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 278     vm_memattr_t memattr)
 279 {
 280
 281         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 282             high, memattr));
 283 }
 284
 285 void *
 286 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 287     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 288 {
 289         struct vm_domainset_iter di;
 290         void *addr;
 291         int domain;
 292
 293         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 294         do {
 295                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 296                     memattr);
 297                 if (addr != NULL)
 298                         break;
 299         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 300
 301         return (addr);
 302 }
 303
 304 /*
 305  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 306  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 307  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 308  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 309  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 310  *      mapped.
 311  */
 312 static void *
 313 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 314     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 315     vm_memattr_t memattr)
 316 {
 317         vmem_t *vmem;
 318         vm_object_t object;
 319         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 320         vm_page_t end_m, m;
 321         vm_size_t asize;
 322         u_long npages;
 323         int pflags;
 324
 325         object = kernel_object;
 326         asize = round_page(size);
 327         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 328         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 329                 return (NULL);
 330         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 331         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 332         npages = atop(asize);
 333         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 334         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 335             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 336         if (m == NULL) {
 337                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 338                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 339                 return (NULL);
 340         }
 341         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 342             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 343             vm_page_domain(m), domain));
 344         end_m = m + npages;
 345         tmp = addr;
 346         for (; m < end_m; m++) {
 347                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 348                         pmap_zero_page(m);
 349                 vm_page_valid(m);
 350                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 351                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 352                 tmp += PAGE_SIZE;
 353         }
 354         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 355         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 356         return ((void *)addr);
 357 }
 358
 359 void *
 360 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 361     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 362 {
 363
 364         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 365             high, alignment, boundary, memattr));
 366 }
 367
 368 void *
 369 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 370     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 371     vm_memattr_t memattr)
 372 {
 373         struct vm_domainset_iter di;
 374         void *addr;
 375         int domain;
 376
 377         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 378         do {
 379                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 380                     alignment, boundary, memattr);
 381                 if (addr != NULL)
 382                         break;
 383         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 384
 385         return (addr);
 386 }
 387
 388 /*
 389  *      kmem_subinit:
 390  *
 391  *      Initializes a map to manage a subrange
 392  *      of the kernel virtual address space.
 393  *
 394  *      Arguments are as follows:
 395  *
 396  *      parent          Map to take range from
 397  *      min, max        Returned endpoints of map
 398  *      size            Size of range to find
 399  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 400  */
 401 void
 402 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 403     vm_size_t size, bool superpage_align)
 404 {
 405         int ret;
 406
 407         size = round_page(size);
 408
 409         *min = vm_map_min(parent);
 410         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 411             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 412             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 413         if (ret != KERN_SUCCESS)
 414                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 415         *max = *min + size;
 416         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 417         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 418                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 419 }
 420
 421 /*
 422  *      kmem_malloc_domain:
 423  *
 424  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 425  */
 426 static void *
 427 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 428 {
 429         vmem_t *arena;
 430         vm_offset_t addr;
 431         vm_size_t asize;
 432         int rv;
 433
 434         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 435                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 436         else
 437                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 438         asize = round_page(size);
 439         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 440                 return (0);
 441
 442         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 443         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 444                 vmem_free(arena, addr, asize);
 445                 return (0);
 446         }
 447         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 448         return ((void *)addr);
 449 }
 450
 451 void *
 452 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 453 {
 454         void * p;
 455
 456         TSENTER();
 457         p = kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags);
 458         TSEXIT();
 459         return (p);
 460 }
 461
 462 void *
 463 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 464 {
 465         struct vm_domainset_iter di;
 466         void *addr;
 467         int domain;
 468
 469         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 470         do {
 471                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 472                 if (addr != NULL)
 473                         break;
 474         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 475
 476         return (addr);
 477 }
 478
 479 /*
 480  *      kmem_back_domain:
 481  *
 482  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 483  *      virtual address range.
 484  */
 485 int
 486 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 487     vm_size_t size, int flags)
 488 {
 489         vm_offset_t offset, i;
 490         vm_page_t m, mpred;
 491         vm_prot_t prot;
 492         int pflags;
 493
 494         KASSERT(object == kernel_object,
 495             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 496
 497         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 498         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 499         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 500         if (flags & M_WAITOK)
 501                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 502         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 503
 504         i = 0;
 505         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 506 retry:
 507         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 508         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 509                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 510                     domain, pflags, mpred);
 511
 512                 /*
 513                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 514                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 515                  * aren't on any queues.
 516                  */
 517                 if (m == NULL) {
 518                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 519                                 goto retry;
 520                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 521                         kmem_unback(object, addr, i);
 522                         return (KERN_NO_SPACE);
 523                 }
 524                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 525                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 526                     vm_page_domain(m), domain));
 527                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 528                         pmap_zero_page(m);
 529                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 530                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 531                 vm_page_valid(m);
 532                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 533                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 534                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 535                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 536         }
 537         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 538         kmem_alloc_san(addr, size, size, flags);
 539         return (KERN_SUCCESS);
 540 }
 541
 542 /*
 543  *      kmem_back:
 544  *
 545  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 546  */
 547 int
 548 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 549 {
 550         vm_offset_t end, next, start;
 551         int domain, rv;
 552
 553         KASSERT(object == kernel_object,
 554             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 555
 556         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 557                 /*
 558                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 559                  * all come from the same physical domain.
 560                  */
 561                 if (vm_ndomains > 1) {
 562                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 563                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 564                                 domain++;
 565                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 566                         if (next > end || next < start)
 567                                 next = end;
 568                 } else {
 569                         domain = 0;
 570                         next = end;
 571                 }
 572                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 573                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 574                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 575                         break;
 576                 }
 577         }
 578         return (rv);
 579 }
 580
 581 /*
 582  *      kmem_unback:
 583  *
 584  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 585  *      address range.
 586  *
 587  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 588  *      that is being unmapped.
 589  */
 590 static struct vmem *
 591 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 592 {
 593         struct vmem *arena;
 594         vm_page_t m, next;
 595         vm_offset_t end, offset;
 596         int domain;
 597
 598         KASSERT(object == kernel_object,
 599             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 600
 601         if (size == 0)
 602                 return (NULL);
 603         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 604         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 605         end = offset + size;
 606         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 607         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 608         domain = vm_page_domain(m);
 609         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 610                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 611         else
 612                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 613         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 614                 next = vm_page_next(m);
 615                 vm_page_xbusy_claim(m);
 616                 vm_page_unwire_noq(m);
 617                 vm_page_free(m);
 618         }
 619         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 620
 621         return (arena);
 622 }
 623
 624 void
 625 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 626 {
 627
 628         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 629 }
 630
 631 /*
 632  *      kmem_free:
 633  *
 634  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 635  *      original allocation.
 636  */
 637 void
 638 kmem_free(void *addr, vm_size_t size)
 639 {
 640         struct vmem *arena;
 641
 642         size = round_page(size);
 643         kasan_mark(addr, size, size, 0);
 644         arena = _kmem_unback(kernel_object, (uintptr_t)addr, size);
 645         if (arena != NULL)
 646                 vmem_free(arena, (uintptr_t)addr, size);
 647 }
 648
 649 /*
 650  *      kmap_alloc_wait:
 651  *
 652  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 653  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 654  *
 655  *      This routine may block.
 656  */
 657 vm_offset_t
 658 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 659 {
 660         vm_offset_t addr;
 661
 662         size = round_page(size);
 663         if (!swap_reserve(size))
 664                 return (0);
 665
 666         for (;;) {
 667                 /*
 668                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 669                  * to lock out sleepers/wakers.
 670                  */
 671                 vm_map_lock(map);
 672                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 673                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 674                         break;
 675                 /* no space now; see if we can ever get space */
 676                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 677                         vm_map_unlock(map);
 678                         swap_release(size);
 679                         return (0);
 680                 }
 681                 map->needs_wakeup = TRUE;
 682                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 683         }
 684         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 685             MAP_ACC_CHARGED);
 686         vm_map_unlock(map);
 687         return (addr);
 688 }
 689
 690 /*
 691  *      kmap_free_wakeup:
 692  *
 693  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 694  *      waiting for memory in that map.
 695  */
 696 void
 697 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 698 {
 699
 700         vm_map_lock(map);
 701         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 702         if (map->needs_wakeup) {
 703                 map->needs_wakeup = FALSE;
 704                 vm_map_wakeup(map);
 705         }
 706         vm_map_unlock(map);
 707 }
 708
 709 void
 710 kmem_init_zero_region(void)
 711 {
 712         vm_offset_t addr, i;
 713         vm_page_t m;
 714
 715         /*
 716          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 717          * This requires less looping in places that want large amounts of
 718          * zeros, while not using much more physical resources.
 719          */
 720         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 721         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 722         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 723                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 724         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 725
 726         zero_region = (const void *)addr;
 727 }
 728
 729 /*
 730  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 731  */
 732 static int
 733 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 734 {
 735         vm_offset_t addr;
 736         int result;
 737
 738         TSENTER();
 739         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 740             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 741             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 742         addr = vm_map_min(kernel_map);
 743         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 744             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 745         if (result != KERN_SUCCESS) {
 746                 TSEXIT();
 747                 return (ENOMEM);
 748         }
 749
 750         *addrp = addr;
 751
 752         TSEXIT();
 753         return (0);
 754 }
 755
 756 /*
 757  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 758  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 759  */
 760 static int
 761 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 762 {
 763
 764         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 765             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 766             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 767         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 768             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 769 }
 770
 771 /*
 772  *      kmem_init:
 773  *
 774  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 775  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 776  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 777  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 778  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 779  */
 780 void
 781 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 782 {
 783         vm_size_t quantum;
 784         int domain;
 785
 786         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 787         kernel_map->system_map = 1;
 788         vm_map_lock(kernel_map);
 789         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 790         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 791 #ifdef __amd64__
 792             KERNBASE,
 793 #else
 794             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 795 #endif
 796             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 797         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 798
 799 #ifdef __amd64__
 800         /*
 801          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 802          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 803          * instead.
 804          */
 805         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 806             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 807             sizeof(struct vm_page)),
 808             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 809 #endif
 810         vm_map_unlock(kernel_map);
 811
 812         /*
 813          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 814          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 815          * the per-domain arenas.
 816          */
 817         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 818                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 819         else
 820                 quantum = KVA_QUANTUM;
 821
 822         /*
 823          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 824          */
 825         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 826         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 827
 828         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 829                 /*
 830                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 831                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 832                  * are backed by memory from the same physical domain,
 833                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 834                  */
 835                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 836                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 837                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 838                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 839
 840                 /*
 841                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 842                  * for allocations with permissions that differ from the
 843                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 844                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 845                  *
 846                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 847                  */
 848 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 849                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 850                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 851                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 852                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 853                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 854 #else
 855                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 856                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 857 #endif
 858         }
 859
 860         /*
 861          * This must be the very first call so that the virtual address
 862          * space used for early allocations is properly marked used in
 863          * the map.
 864          */
 865         uma_startup2();
 866 }
 867
 868 /*
 869  *      kmem_bootstrap_free:
 870  *
 871  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 872  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 873  *      vm_phys segment for preloaded data.
 874  */
 875 void
 876 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 877 {
 878 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 879         struct vm_domain *vmd;
 880         vm_offset_t end, va;
 881         vm_paddr_t pa;
 882         vm_page_t m;
 883
 884         end = trunc_page(start + size);
 885         start = round_page(start);
 886
 887 #ifdef __amd64__
 888         /*
 889          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 890          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 891          * is updated.
 892          */
 893         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 894 #endif
 895         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 896                 pa = pmap_kextract(va);
 897                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 898
 899                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 900                 vm_domain_free_lock(vmd);
 901                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 902                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 903
 904                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 905                 vm_cnt.v_page_count++;
 906         }
 907         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 908         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 909 #endif
 910 }
 911
 912 /*
 913  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 914  * purposes.
 915  */
 916 static int
 917 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 918 {
 919         int error, i;
 920
 921         i = 0;
 922         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 923         if (error != 0)
 924                 return (error);
 925         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 926                 return (EINVAL);
 927         if (i != 0)
 928                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 929         return (0);
 930 }
 931 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 932     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 933     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 934
 935 static int
 936 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 937 {
 938         int error, i;
 939
 940         i = 0;
 941         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 942         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 943                 return (error);
 944         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 945             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 946                 return (EINVAL);
 947         uma_reclaim(i);
 948         return (0);
 949 }
 950 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 951     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 952     "set to generate request to reclaim uma caches");
 953
 954 static int
 955 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 956 {
 957         int domain, error, request;
 958
 959         request = 0;
 960         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 961         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 962                 return (error);
 963
 964         domain = request >> 4;
 965         request &= 0xf;
 966         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 967             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 968                 return (EINVAL);
 969         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 970                 return (EINVAL);
 971         uma_reclaim_domain(request, domain);
 972         return (0);
 973 }
 974 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 975     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 976     debug_uma_reclaim_domain, "I",
 977     "");