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/sysctl.h>
  82 #include <sys/vmem.h>
  83 #include <sys/vmmeter.h>
  84
  85 #include <vm/vm.h>
  86 #include <vm/vm_param.h>
  87 #include <vm/vm_domainset.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/pmap.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_object.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_pageout.h>
  94 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  95 #include <vm/vm_phys.h>
  96 #include <vm/vm_radix.h>
  97 #include <vm/vm_extern.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99
 100 struct vm_map kernel_map_store;
 101 struct vm_map exec_map_store;
 102 struct vm_map pipe_map_store;
 103
 104 const void *zero_region;
 105 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 106
 107 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 108 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 109
 110 u_int exec_map_entry_size;
 111 u_int exec_map_entries;
 112
 113 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 114     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 115
 116 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 117 #if defined(__arm__)
 118     &vm_max_kernel_address, 0,
 119 #else
 120     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 121 #endif
 122     "Max kernel address");
 123
 124 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 125 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 126 #else
 127 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (1ul << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 131 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 132
 133 extern void     uma_startup2(void);
 134
 135 /*
 136  *      kva_alloc:
 137  *
 138  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 139  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 140  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 141  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 142  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 143  */
 144 vm_offset_t
 145 kva_alloc(vm_size_t size)
 146 {
 147         vm_offset_t addr;
 148
 149         TSENTER();
 150         size = round_page(size);
 151         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 152                 return (0);
 153         TSEXIT();
 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 void *
 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 ((void *)addr);
 272 }
 273
 274 void *
 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 void *
 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         void *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 != NULL)
 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 void *
 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 (NULL);
 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 (NULL);
 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 ((void *)addr);
 355 }
 356
 357 void *
 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 void *
 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         void *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 != NULL)
 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 void *
 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 ((void *)addr);
 447 }
 448
 449 void *
 450 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 451 {
 452         void * p;
 453
 454         TSENTER();
 455         p = kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags);
 456         TSEXIT();
 457         return (p);
 458 }
 459
 460 void *
 461 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 462 {
 463         struct vm_domainset_iter di;
 464         void *addr;
 465         int domain;
 466
 467         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 468         do {
 469                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 470                 if (addr != NULL)
 471                         break;
 472         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 473
 474         return (addr);
 475 }
 476
 477 /*
 478  *      kmem_back_domain:
 479  *
 480  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 481  *      virtual address range.
 482  */
 483 int
 484 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 485     vm_size_t size, int flags)
 486 {
 487         vm_offset_t offset, i;
 488         vm_page_t m, mpred;
 489         vm_prot_t prot;
 490         int pflags;
 491
 492         KASSERT(object == kernel_object,
 493             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 494
 495         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 496         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 497         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 498         if (flags & M_WAITOK)
 499                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 500         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 501
 502         i = 0;
 503         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 504 retry:
 505         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 506         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 507                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 508                     domain, pflags, mpred);
 509
 510                 /*
 511                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 512                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 513                  * aren't on any queues.
 514                  */
 515                 if (m == NULL) {
 516                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 517                                 goto retry;
 518                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 519                         kmem_unback(object, addr, i);
 520                         return (KERN_NO_SPACE);
 521                 }
 522                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 523                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 524                     vm_page_domain(m), domain));
 525                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 526                         pmap_zero_page(m);
 527                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 528                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 529                 vm_page_valid(m);
 530                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 531                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 532                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 533                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 534         }
 535         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 536         kmem_alloc_san(addr, size, size, flags);
 537         return (KERN_SUCCESS);
 538 }
 539
 540 /*
 541  *      kmem_back:
 542  *
 543  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 544  */
 545 int
 546 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 547 {
 548         vm_offset_t end, next, start;
 549         int domain, rv;
 550
 551         KASSERT(object == kernel_object,
 552             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 553
 554         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 555                 /*
 556                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 557                  * all come from the same physical domain.
 558                  */
 559                 if (vm_ndomains > 1) {
 560                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 561                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 562                                 domain++;
 563                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 564                         if (next > end || next < start)
 565                                 next = end;
 566                 } else {
 567                         domain = 0;
 568                         next = end;
 569                 }
 570                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 571                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 572                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 573                         break;
 574                 }
 575         }
 576         return (rv);
 577 }
 578
 579 /*
 580  *      kmem_unback:
 581  *
 582  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 583  *      address range.
 584  *
 585  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 586  *      that is being unmapped.
 587  */
 588 static struct vmem *
 589 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 590 {
 591         struct vmem *arena;
 592         vm_page_t m, next;
 593         vm_offset_t end, offset;
 594         int domain;
 595
 596         KASSERT(object == kernel_object,
 597             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 598
 599         if (size == 0)
 600                 return (NULL);
 601         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 602         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 603         end = offset + size;
 604         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 605         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 606         domain = vm_page_domain(m);
 607         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 608                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 609         else
 610                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 611         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 612                 next = vm_page_next(m);
 613                 vm_page_xbusy_claim(m);
 614                 vm_page_unwire_noq(m);
 615                 vm_page_free(m);
 616         }
 617         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 618
 619         return (arena);
 620 }
 621
 622 void
 623 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 624 {
 625
 626         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 627 }
 628
 629 /*
 630  *      kmem_free:
 631  *
 632  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 633  *      original allocation.
 634  */
 635 void
 636 kmem_free(void *addr, vm_size_t size)
 637 {
 638         struct vmem *arena;
 639
 640         size = round_page(size);
 641         kasan_mark(addr, size, size, 0);
 642         arena = _kmem_unback(kernel_object, (uintptr_t)addr, size);
 643         if (arena != NULL)
 644                 vmem_free(arena, (uintptr_t)addr, size);
 645 }
 646
 647 /*
 648  *      kmap_alloc_wait:
 649  *
 650  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 651  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 652  *
 653  *      This routine may block.
 654  */
 655 vm_offset_t
 656 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 657 {
 658         vm_offset_t addr;
 659
 660         size = round_page(size);
 661         if (!swap_reserve(size))
 662                 return (0);
 663
 664         for (;;) {
 665                 /*
 666                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 667                  * to lock out sleepers/wakers.
 668                  */
 669                 vm_map_lock(map);
 670                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 671                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 672                         break;
 673                 /* no space now; see if we can ever get space */
 674                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 675                         vm_map_unlock(map);
 676                         swap_release(size);
 677                         return (0);
 678                 }
 679                 map->needs_wakeup = TRUE;
 680                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 681         }
 682         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 683             MAP_ACC_CHARGED);
 684         vm_map_unlock(map);
 685         return (addr);
 686 }
 687
 688 /*
 689  *      kmap_free_wakeup:
 690  *
 691  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 692  *      waiting for memory in that map.
 693  */
 694 void
 695 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 696 {
 697
 698         vm_map_lock(map);
 699         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 700         if (map->needs_wakeup) {
 701                 map->needs_wakeup = FALSE;
 702                 vm_map_wakeup(map);
 703         }
 704         vm_map_unlock(map);
 705 }
 706
 707 void
 708 kmem_init_zero_region(void)
 709 {
 710         vm_offset_t addr, i;
 711         vm_page_t m;
 712
 713         /*
 714          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 715          * This requires less looping in places that want large amounts of
 716          * zeros, while not using much more physical resources.
 717          */
 718         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 719         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 720         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 721                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 722         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 723
 724         zero_region = (const void *)addr;
 725 }
 726
 727 /*
 728  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 729  */
 730 static int
 731 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 732 {
 733         vm_offset_t addr;
 734         int result;
 735
 736         TSENTER();
 737         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 738             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 739             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 740         addr = vm_map_min(kernel_map);
 741         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 742             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 743         if (result != KERN_SUCCESS) {
 744                 TSEXIT();
 745                 return (ENOMEM);
 746         }
 747
 748         *addrp = addr;
 749
 750         TSEXIT();
 751         return (0);
 752 }
 753
 754 /*
 755  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 756  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 757  */
 758 static int
 759 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 760 {
 761
 762         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 763             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 764             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 765         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 766             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 767 }
 768
 769 /*
 770  *      kmem_init:
 771  *
 772  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 773  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 774  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 775  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 776  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 777  */
 778 void
 779 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 780 {
 781         vm_size_t quantum;
 782         int domain;
 783
 784         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 785         kernel_map->system_map = 1;
 786         vm_map_lock(kernel_map);
 787         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 788         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 789 #ifdef __amd64__
 790             KERNBASE,
 791 #else
 792             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 793 #endif
 794             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 795         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 796
 797 #ifdef __amd64__
 798         /*
 799          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 800          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 801          * instead.
 802          */
 803         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 804             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 805             sizeof(struct vm_page)),
 806             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 807 #endif
 808         vm_map_unlock(kernel_map);
 809
 810         /*
 811          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 812          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 813          * the per-domain arenas.
 814          */
 815         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 816                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 817         else
 818                 quantum = KVA_QUANTUM;
 819
 820         /*
 821          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 822          */
 823         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 824         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 825
 826         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 827                 /*
 828                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 829                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 830                  * are backed by memory from the same physical domain,
 831                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 832                  */
 833                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 834                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 835                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 836                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 837
 838                 /*
 839                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 840                  * for allocations with permissions that differ from the
 841                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 842                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 843                  *
 844                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 845                  */
 846 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 847                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 848                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 849                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 850                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 851                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 852 #else
 853                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 854                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 855 #endif
 856         }
 857
 858         /*
 859          * This must be the very first call so that the virtual address
 860          * space used for early allocations is properly marked used in
 861          * the map.
 862          */
 863         uma_startup2();
 864 }
 865
 866 /*
 867  *      kmem_bootstrap_free:
 868  *
 869  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 870  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 871  *      vm_phys segment for preloaded data.
 872  */
 873 void
 874 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 875 {
 876 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 877         struct vm_domain *vmd;
 878         vm_offset_t end, va;
 879         vm_paddr_t pa;
 880         vm_page_t m;
 881
 882         end = trunc_page(start + size);
 883         start = round_page(start);
 884
 885 #ifdef __amd64__
 886         /*
 887          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 888          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 889          * is updated.
 890          */
 891         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 892 #endif
 893         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 894                 pa = pmap_kextract(va);
 895                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 896
 897                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 898                 vm_domain_free_lock(vmd);
 899                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 900                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 901
 902                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 903                 vm_cnt.v_page_count++;
 904         }
 905         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 906         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 907 #endif
 908 }
 909
 910 /*
 911  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 912  * purposes.
 913  */
 914 static int
 915 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 916 {
 917         int error, i;
 918
 919         i = 0;
 920         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 921         if (error != 0)
 922                 return (error);
 923         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 924                 return (EINVAL);
 925         if (i != 0)
 926                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 927         return (0);
 928 }
 929 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 930     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 931     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 932
 933 static int
 934 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 935 {
 936         int error, i;
 937
 938         i = 0;
 939         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 940         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 941                 return (error);
 942         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 943             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 944                 return (EINVAL);
 945         uma_reclaim(i);
 946         return (0);
 947 }
 948 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
 949     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
 950     "set to generate request to reclaim uma caches");
 951
 952 static int
 953 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 954 {
 955         int domain, error, request;
 956
 957         request = 0;
 958         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
 959         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 960                 return (error);
 961
 962         domain = request >> 4;
 963         request &= 0xf;
 964         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
 965             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
 966                 return (EINVAL);
 967         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
 968                 return (EINVAL);
 969         uma_reclaim_domain(request, domain);
 970         return (0);
 971 }
 972 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
 973     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 974     debug_uma_reclaim_domain, "I",
 975     "");