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 #include "opt_vm.h"
  69
  70 #include <sys/param.h>
  71 #include <sys/systm.h>
  72 #include <sys/asan.h>
  73 #include <sys/domainset.h>
  74 #include <sys/eventhandler.h>
  75 #include <sys/kernel.h>
  76 #include <sys/lock.h>
  77 #include <sys/malloc.h>
  78 #include <sys/msan.h>
  79 #include <sys/proc.h>
  80 #include <sys/rwlock.h>
  81 #include <sys/smp.h>
  82 #include <sys/sysctl.h>
  83 #include <sys/vmem.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85
  86 #include <vm/vm.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_domainset.h>
  89 #include <vm/vm_kern.h>
  90 #include <vm/pmap.h>
  91 #include <vm/vm_map.h>
  92 #include <vm/vm_object.h>
  93 #include <vm/vm_page.h>
  94 #include <vm/vm_pageout.h>
  95 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  96 #include <vm/vm_phys.h>
  97 #include <vm/vm_radix.h>
  98 #include <vm/vm_extern.h>
  99 #include <vm/uma.h>
 100
 101 struct vm_map kernel_map_store;
 102 struct vm_map exec_map_store;
 103 struct vm_map pipe_map_store;
 104
 105 const void *zero_region;
 106 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 107
 108 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 109 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 110
 111 u_int exec_map_entry_size;
 112 u_int exec_map_entries;
 113
 114 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 115     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 116
 117 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 118 #if defined(__arm__)
 119     &vm_max_kernel_address, 0,
 120 #else
 121     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 122 #endif
 123     "Max kernel address");
 124
 125 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 126 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 127 #else
 128 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 129 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 130 #endif
 131 #define KVA_QUANTUM             (1ul << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 132 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 133
 134 extern void     uma_startup2(void);
 135
 136 /*
 137  *      kva_alloc:
 138  *
 139  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 140  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 141  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 142  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 143  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 144  */
 145 vm_offset_t
 146 kva_alloc(vm_size_t size)
 147 {
 148         vm_offset_t addr;
 149
 150         TSENTER();
 151         size = round_page(size);
 152         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 153                 return (0);
 154         TSEXIT();
 155
 156         return (addr);
 157 }
 158
 159 /*
 160  *      kva_free:
 161  *
 162  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 163  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 164  *      associated with that region.
 165  *
 166  *      This routine may not block on kernel maps.
 167  */
 168 void
 169 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 170 {
 171
 172         size = round_page(size);
 173         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 174 }
 175
 176 /*
 177  * Update sanitizer shadow state to reflect a new allocation.  Force inlining to
 178  * help make KMSAN origin tracking more precise.
 179  */
 180 static __always_inline void
 181 kmem_alloc_san(vm_offset_t addr, vm_size_t size, vm_size_t asize, int flags)
 182 {
 183         if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 184                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_UNINIT);
 185                 kmsan_orig((void *)addr, asize, KMSAN_TYPE_KMEM,
 186                     KMSAN_RET_ADDR);
 187         } else {
 188                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_INITED);
 189         }
 190         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 191 }
 192
 193 static vm_page_t
 194 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 195     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 196     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 197 {
 198         vm_page_t m;
 199         int tries;
 200         bool wait, reclaim;
 201
 202         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 203
 204         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 205         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 206         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 207         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 208         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 209                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 210                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 211                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 212                         break;
 213
 214                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 215                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 216                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 217                         vm_wait_domain(domain);
 218                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 219         }
 220         return (m);
 221 }
 222
 223 /*
 224  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 225  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 226  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 227  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 228  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 229  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 230  */
 231 static void *
 232 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 233     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 234 {
 235         vmem_t *vmem;
 236         vm_object_t object;
 237         vm_offset_t addr, i, offset;
 238         vm_page_t m;
 239         vm_size_t asize;
 240         int pflags;
 241         vm_prot_t prot;
 242
 243         object = kernel_object;
 244         asize = round_page(size);
 245         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 246         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 247                 return (0);
 248         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 249         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 250         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 251         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 252         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 253                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 254                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 255                 if (m == NULL) {
 256                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 257                         kmem_unback(object, addr, i);
 258                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 259                         return (0);
 260                 }
 261                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 262                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 263                     vm_page_domain(m), domain));
 264                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 265                         pmap_zero_page(m);
 266                 vm_page_valid(m);
 267                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 268                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 269         }
 270         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 271         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 272         return ((void *)addr);
 273 }
 274
 275 void *
 276 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 277     vm_memattr_t memattr)
 278 {
 279
 280         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 281             high, memattr));
 282 }
 283
 284 void *
 285 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 286     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 287 {
 288         struct vm_domainset_iter di;
 289         void *addr;
 290         int domain;
 291
 292         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 293         do {
 294                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 295                     memattr);
 296                 if (addr != NULL)
 297                         break;
 298         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 299
 300         return (addr);
 301 }
 302
 303 /*
 304  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 305  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 306  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 307  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 308  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 309  *      mapped.
 310  */
 311 static void *
 312 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 313     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 314     vm_memattr_t memattr)
 315 {
 316         vmem_t *vmem;
 317         vm_object_t object;
 318         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 319         vm_page_t end_m, m;
 320         vm_size_t asize;
 321         u_long npages;
 322         int pflags;
 323
 324         object = kernel_object;
 325         asize = round_page(size);
 326         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 327         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 328                 return (NULL);
 329         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 330         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 331         npages = atop(asize);
 332         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 333         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 334             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 335         if (m == NULL) {
 336                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 337                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 338                 return (NULL);
 339         }
 340         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 341             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 342             vm_page_domain(m), domain));
 343         end_m = m + npages;
 344         tmp = addr;
 345         for (; m < end_m; m++) {
 346                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 347                         pmap_zero_page(m);
 348                 vm_page_valid(m);
 349                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 350                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 351                 tmp += PAGE_SIZE;
 352         }
 353         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 354         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 355         return ((void *)addr);
 356 }
 357
 358 void *
 359 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 360     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 361 {
 362
 363         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 364             high, alignment, boundary, memattr));
 365 }
 366
 367 void *
 368 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 369     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 370     vm_memattr_t memattr)
 371 {
 372         struct vm_domainset_iter di;
 373         void *addr;
 374         int domain;
 375
 376         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 377         do {
 378                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 379                     alignment, boundary, memattr);
 380                 if (addr != NULL)
 381                         break;
 382         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 383
 384         return (addr);
 385 }
 386
 387 /*
 388  *      kmem_subinit:
 389  *
 390  *      Initializes a map to manage a subrange
 391  *      of the kernel virtual address space.
 392  *
 393  *      Arguments are as follows:
 394  *
 395  *      parent          Map to take range from
 396  *      min, max        Returned endpoints of map
 397  *      size            Size of range to find
 398  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 399  */
 400 void
 401 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 402     vm_size_t size, bool superpage_align)
 403 {
 404         int ret;
 405
 406         size = round_page(size);
 407
 408         *min = vm_map_min(parent);
 409         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 410             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 411             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 412         if (ret != KERN_SUCCESS)
 413                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 414         *max = *min + size;
 415         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 416         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 417                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 418 }
 419
 420 /*
 421  *      kmem_malloc_domain:
 422  *
 423  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 424  */
 425 static void *
 426 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 427 {
 428         vmem_t *arena;
 429         vm_offset_t addr;
 430         vm_size_t asize;
 431         int rv;
 432
 433         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 434                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 435         else
 436                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 437         asize = round_page(size);
 438         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 439                 return (0);
 440
 441         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 442         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 443                 vmem_free(arena, addr, asize);
 444                 return (0);
 445         }
 446         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 447         return ((void *)addr);
 448 }
 449
 450 void *
 451 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 452 {
 453         void * p;
 454
 455         TSENTER();
 456         p = kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags);
 457         TSEXIT();
 458         return (p);
 459 }
 460
 461 void *
 462 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 463 {
 464         struct vm_domainset_iter di;
 465         void *addr;
 466         int domain;
 467
 468         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 469         do {
 470                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 471                 if (addr != NULL)
 472                         break;
 473         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 474
 475         return (addr);
 476 }
 477
 478 /*
 479  *      kmem_back_domain:
 480  *
 481  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 482  *      virtual address range.
 483  */
 484 int
 485 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 486     vm_size_t size, int flags)
 487 {
 488         vm_offset_t offset, i;
 489         vm_page_t m, mpred;
 490         vm_prot_t prot;
 491         int pflags;
 492
 493         KASSERT(object == kernel_object,
 494             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 495
 496         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 497         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 498         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 499         if (flags & M_WAITOK)
 500                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 501         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 502
 503         i = 0;
 504         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 505 retry:
 506         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 507         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 508                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 509                     domain, pflags, mpred);
 510
 511                 /*
 512                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 513                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 514                  * aren't on any queues.
 515                  */
 516                 if (m == NULL) {
 517                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 518                                 goto retry;
 519                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 520                         kmem_unback(object, addr, i);
 521                         return (KERN_NO_SPACE);
 522                 }
 523                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 524                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 525                     vm_page_domain(m), domain));
 526                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 527                         pmap_zero_page(m);
 528                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 529                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 530                 vm_page_valid(m);
 531                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 532                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 533                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 534                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 535         }
 536         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 537         kmem_alloc_san(addr, size, size, flags);
 538         return (KERN_SUCCESS);
 539 }
 540
 541 /*
 542  *      kmem_back:
 543  *
 544  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 545  */
 546 int
 547 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 548 {
 549         vm_offset_t end, next, start;
 550         int domain, rv;
 551
 552         KASSERT(object == kernel_object,
 553             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 554
 555         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 556                 /*
 557                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 558                  * all come from the same physical domain.
 559                  */
 560                 if (vm_ndomains > 1) {
 561                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 562                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 563                                 domain++;
 564                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 565                         if (next > end || next < start)
 566                                 next = end;
 567                 } else {
 568                         domain = 0;
 569                         next = end;
 570                 }
 571                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 572                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 573                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 574                         break;
 575                 }
 576         }
 577         return (rv);
 578 }
 579
 580 /*
 581  *      kmem_unback:
 582  *
 583  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 584  *      address range.
 585  *
 586  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 587  *      that is being unmapped.
 588  */
 589 static struct vmem *
 590 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 591 {
 592         struct vmem *arena;
 593         vm_page_t m, next;
 594         vm_offset_t end, offset;
 595         int domain;
 596
 597         KASSERT(object == kernel_object,
 598             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 599
 600         if (size == 0)
 601                 return (NULL);
 602         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 603         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 604         end = offset + size;
 605         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 606         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 607         domain = vm_page_domain(m);
 608         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 609                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 610         else
 611                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 612         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 613                 next = vm_page_next(m);
 614                 vm_page_xbusy_claim(m);
 615                 vm_page_unwire_noq(m);
 616                 vm_page_free(m);
 617         }
 618         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 619
 620         return (arena);
 621 }
 622
 623 void
 624 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 625 {
 626
 627         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 628 }
 629
 630 /*
 631  *      kmem_free:
 632  *
 633  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 634  *      original allocation.
 635  */
 636 void
 637 kmem_free(void *addr, vm_size_t size)
 638 {
 639         struct vmem *arena;
 640
 641         size = round_page(size);
 642         kasan_mark(addr, size, size, 0);
 643         arena = _kmem_unback(kernel_object, (uintptr_t)addr, size);
 644         if (arena != NULL)
 645                 vmem_free(arena, (uintptr_t)addr, size);
 646 }
 647
 648 /*
 649  *      kmap_alloc_wait:
 650  *
 651  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 652  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 653  *
 654  *      This routine may block.
 655  */
 656 vm_offset_t
 657 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 658 {
 659         vm_offset_t addr;
 660
 661         size = round_page(size);
 662         if (!swap_reserve(size))
 663                 return (0);
 664
 665         for (;;) {
 666                 /*
 667                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 668                  * to lock out sleepers/wakers.
 669                  */
 670                 vm_map_lock(map);
 671                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 672                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 673                         break;
 674                 /* no space now; see if we can ever get space */
 675                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 676                         vm_map_unlock(map);
 677                         swap_release(size);
 678                         return (0);
 679                 }
 680                 map->needs_wakeup = TRUE;
 681                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 682         }
 683         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 684             MAP_ACC_CHARGED);
 685         vm_map_unlock(map);
 686         return (addr);
 687 }
 688
 689 /*
 690  *      kmap_free_wakeup:
 691  *
 692  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 693  *      waiting for memory in that map.
 694  */
 695 void
 696 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 697 {
 698
 699         vm_map_lock(map);
 700         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 701         if (map->needs_wakeup) {
 702                 map->needs_wakeup = FALSE;
 703                 vm_map_wakeup(map);
 704         }
 705         vm_map_unlock(map);
 706 }
 707
 708 void
 709 kmem_init_zero_region(void)
 710 {
 711         vm_offset_t addr, i;
 712         vm_page_t m;
 713
 714         /*
 715          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 716          * This requires less looping in places that want large amounts of
 717          * zeros, while not using much more physical resources.
 718          */
 719         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 720         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 721         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 722                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 723         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 724
 725         zero_region = (const void *)addr;
 726 }
 727
 728 /*
 729  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 730  */
 731 static int
 732 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 733 {
 734         vm_offset_t addr;
 735         int result;
 736
 737         TSENTER();
 738         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 739             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 740             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 741         addr = vm_map_min(kernel_map);
 742         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 743             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 744         if (result != KERN_SUCCESS) {
 745                 TSEXIT();
 746                 return (ENOMEM);
 747         }
 748
 749         *addrp = addr;
 750
 751         TSEXIT();
 752         return (0);
 753 }
 754
 755 /*
 756  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 757  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 758  */
 759 static int
 760 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 761 {
 762
 763         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 764             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 765             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 766         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 767             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 768 }
 769
 770 /*
 771  *      kmem_init:
 772  *
 773  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 774  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 775  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 776  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 777  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 778  */
 779 void
 780 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 781 {
 782         vm_size_t quantum;
 783         int domain;
 784
 785         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 786         kernel_map->system_map = 1;
 787         vm_map_lock(kernel_map);
 788         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 789         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 790 #ifdef __amd64__
 791             KERNBASE,
 792 #else
 793             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 794 #endif
 795             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 796         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 797
 798 #ifdef __amd64__
 799         /*
 800          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 801          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 802          * instead.
 803          */
 804         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 805             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 806             sizeof(struct vm_page)),
 807             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 808 #endif
 809         vm_map_unlock(kernel_map);
 810
 811         /*
 812          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 813          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 814          * the per-domain arenas.
 815          */
 816         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 817                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 818         else
 819                 quantum = KVA_QUANTUM;
 820
 821         /*
 822          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 823          */
 824         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 825         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 826
 827         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 828                 /*
 829                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 830                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 831                  * are backed by memory from the same physical domain,
 832                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 833                  */
 834                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 835                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 836                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 837                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 838
 839                 /*
 840                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 841                  * for allocations with permissions that differ from the
 842                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 843                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 844                  *
 845                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 846                  */
 847 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 848                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 849                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 850                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 851                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 852                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 853 #else
 854                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 855                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 856 #endif
 857         }
 858
 859         /*
 860          * This must be the very first call so that the virtual address
 861          * space used for early allocations is properly marked used in
 862          * the map.
 863          */
 864         uma_startup2();
 865 }
 866
 867 /*
 868  *      kmem_bootstrap_free:
 869  *
 870  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 871  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 872  *      vm_phys segment for preloaded data.
 873  */
 874 void
 875 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 876 {
 877 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 878         struct vm_domain *vmd;
 879         vm_offset_t end, va;
 880         vm_paddr_t pa;
 881         vm_page_t m;
 882
 883         end = trunc_page(start + size);
 884         start = round_page(start);
 885
 886 #ifdef __amd64__
 887         /*
 888          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 889          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 890          * is updated.
 891          */
 892         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 893 #endif
 894         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 895                 pa = pmap_kextract(va);
 896                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 897
 898                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 899                 vm_domain_free_lock(vmd);
 900                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 901                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 902
 903                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 904                 vm_cnt.v_page_count++;
 905         }
 906         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 907         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 908 #endif
 909 }
 910
 911 #ifdef PMAP_WANT_ACTIVE_CPUS_NAIVE
 912 void
 913 pmap_active_cpus(pmap_t pmap, cpuset_t *res)
 914 {
 915         struct thread *td;
 916         struct proc *p;
 917         struct vmspace *vm;
 918         int c;
 919
 920         CPU_ZERO(res);
 921         CPU_FOREACH(c) {
 922                 td = cpuid_to_pcpu[c]->pc_curthread;
 923                 p = td->td_proc;
 924                 if (p == NULL)
 925                         continue;
 926                 vm = vmspace_acquire_ref(p);
 927                 if (vm == NULL)
 928                         continue;
 929                 if (pmap == vmspace_pmap(vm))
 930                         CPU_SET(c, res);
 931                 vmspace_free(vm);
 932         }
 933 }
 934 #endif
 935
 936 /*
 937  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 938  * purposes.
 939  */
 940 static int
 941 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 942 {
 943         int error, i;
 944
 945         i = 0;
 946         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 947         if (error != 0)
 948                 return (error);
 949         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 950                 return (EINVAL);
 951         if (i != 0)
 952                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 953         return (0);
 954 }
 955 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 956     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 957     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 958
 959 static int
 960 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 961 {
 962         int error, i;
 963
 964         i = 0;
 965         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 966         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 967                 return (error);
 968         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 969             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 970                 return (EINVAL);
 971         uma_reclaim(i);
 972         return (0);
 973 }
 974 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 975     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 976     "set to generate request to reclaim uma caches");
 977
 978 static int
 979 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 980 {
 981         int domain, error, request;
 982
 983         request = 0;
 984         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 985         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 986                 return (error);
 987
 988         domain = request >> 4;
 989         request &= 0xf;
 990         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 991             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 992                 return (EINVAL);
 993         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 994                 return (EINVAL);
 995         uma_reclaim_domain(request, domain);
 996         return (0);
 997 }
 998 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 999     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
1000     debug_uma_reclaim_domain, "I",
1001     "");