sys/vm/vm_kern.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  */
  62
  63 /*
  64  *      Kernel memory management.
  65  */
  66
  67 #include <sys/cdefs.h>
  68 __FBSDID("$FreeBSD$");
  69
  70 #include "opt_vm.h"
  71
  72 #include <sys/param.h>
  73 #include <sys/systm.h>
  74 #include <sys/kernel.h>         /* for ticks and hz */
  75 #include <sys/domainset.h>
  76 #include <sys/eventhandler.h>
  77 #include <sys/lock.h>
  78 #include <sys/proc.h>
  79 #include <sys/malloc.h>
  80 #include <sys/rwlock.h>
  81 #include <sys/sysctl.h>
  82 #include <sys/vmem.h>
  83 #include <sys/vmmeter.h>
  84
  85 #include <vm/vm.h>
  86 #include <vm/vm_param.h>
  87 #include <vm/vm_domainset.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/pmap.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_object.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_pageout.h>
  94 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  95 #include <vm/vm_phys.h>
  96 #include <vm/vm_radix.h>
  97 #include <vm/vm_extern.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99
 100 struct vm_map kernel_map_store;
 101 struct vm_map exec_map_store;
 102 struct vm_map pipe_map_store;
 103
 104 const void *zero_region;
 105 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 106
 107 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 108 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 109
 110 u_int exec_map_entry_size;
 111 u_int exec_map_entries;
 112
 113 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 114     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 115
 116 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 117 #if defined(__arm__)
 118     &vm_max_kernel_address, 0,
 119 #else
 120     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 121 #endif
 122     "Max kernel address");
 123
 124 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 125 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 126 #else
 127 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 128 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 129 #endif
 130 #define KVA_QUANTUM             (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         size = round_page(size);
 150         if (vmem_alloc(kernel_arena, size, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 151                 return (0);
 152
 153         return (addr);
 154 }
 155
 156 /*
 157  *      kva_free:
 158  *
 159  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 160  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 161  *      associated with that region.
 162  *
 163  *      This routine may not block on kernel maps.
 164  */
 165 void
 166 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 167 {
 168
 169         size = round_page(size);
 170         vmem_free(kernel_arena, addr, size);
 171 }
 172
 173 static vm_page_t
 174 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 175     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 176     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 177 {
 178         vm_page_t m;
 179         int tries;
 180         bool wait, reclaim;
 181
 182         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 183
 184         /* Disallow an invalid combination of flags. */
 185         MPASS((pflags & (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_NORECLAIM)) !=
 186             (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_NORECLAIM));
 187
 188         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 189         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 190         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 191         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 192         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 193                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 194                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 195                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 196                         break;
 197
 198                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 199                 if (!vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 200                     low, high, alignment, boundary) && wait)
 201                         vm_wait_domain(domain);
 202                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 203         }
 204         return (m);
 205 }
 206
 207 /*
 208  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 209  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 210  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 211  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 212  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 213  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 214  */
 215 static vm_offset_t
 216 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 217     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 218 {
 219         vmem_t *vmem;
 220         vm_object_t object;
 221         vm_offset_t addr, i, offset;
 222         vm_page_t m;
 223         int pflags;
 224         vm_prot_t prot;
 225
 226         object = kernel_object;
 227         size = round_page(size);
 228         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 229         if (vmem_alloc(vmem, size, M_BESTFIT | flags, &addr))
 230                 return (0);
 231         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 232         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 233         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 234         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 235         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 236                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 237                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 238                 if (m == NULL) {
 239                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 240                         kmem_unback(object, addr, i);
 241                         vmem_free(vmem, addr, size);
 242                         return (0);
 243                 }
 244                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 245                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 246                     vm_page_domain(m), domain));
 247                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 248                         pmap_zero_page(m);
 249                 vm_page_valid(m);
 250                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 251                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 252         }
 253         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 254         return (addr);
 255 }
 256
 257 vm_offset_t
 258 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 259     vm_memattr_t memattr)
 260 {
 261
 262         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 263             high, memattr));
 264 }
 265
 266 vm_offset_t
 267 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 268     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 269 {
 270         struct vm_domainset_iter di;
 271         vm_offset_t addr;
 272         int domain;
 273
 274         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 275         do {
 276                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 277                     memattr);
 278                 if (addr != 0)
 279                         break;
 280         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 281
 282         return (addr);
 283 }
 284
 285 /*
 286  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 287  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 288  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 289  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 290  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 291  *      mapped.
 292  */
 293 static vm_offset_t
 294 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 295     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 296     vm_memattr_t memattr)
 297 {
 298         vmem_t *vmem;
 299         vm_object_t object;
 300         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 301         vm_page_t end_m, m;
 302         u_long npages;
 303         int pflags;
 304
 305         object = kernel_object;
 306         size = round_page(size);
 307         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 308         if (vmem_alloc(vmem, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 309                 return (0);
 310         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 311         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 312         npages = atop(size);
 313         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 314         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 315             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 316         if (m == NULL) {
 317                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 318                 vmem_free(vmem, addr, size);
 319                 return (0);
 320         }
 321         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 322             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 323             vm_page_domain(m), domain));
 324         end_m = m + npages;
 325         tmp = addr;
 326         for (; m < end_m; m++) {
 327                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 328                         pmap_zero_page(m);
 329                 vm_page_valid(m);
 330                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 331                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 332                 tmp += PAGE_SIZE;
 333         }
 334         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 335         return (addr);
 336 }
 337
 338 vm_offset_t
 339 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 340     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 341 {
 342
 343         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 344             high, alignment, boundary, memattr));
 345 }
 346
 347 vm_offset_t
 348 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 349     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 350     vm_memattr_t memattr)
 351 {
 352         struct vm_domainset_iter di;
 353         vm_offset_t addr;
 354         int domain;
 355
 356         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 357         do {
 358                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 359                     alignment, boundary, memattr);
 360                 if (addr != 0)
 361                         break;
 362         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 363
 364         return (addr);
 365 }
 366
 367 /*
 368  *      kmem_subinit:
 369  *
 370  *      Initializes a map to manage a subrange
 371  *      of the kernel virtual address space.
 372  *
 373  *      Arguments are as follows:
 374  *
 375  *      parent          Map to take range from
 376  *      min, max        Returned endpoints of map
 377  *      size            Size of range to find
 378  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 379  */
 380 void
 381 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 382     vm_size_t size, bool superpage_align)
 383 {
 384         int ret;
 385
 386         size = round_page(size);
 387
 388         *min = vm_map_min(parent);
 389         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 390             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 391             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 392         if (ret != KERN_SUCCESS)
 393                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 394         *max = *min + size;
 395         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 396         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 397                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 398 }
 399
 400 /*
 401  *      kmem_malloc_domain:
 402  *
 403  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 404  */
 405 static vm_offset_t
 406 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 407 {
 408         vmem_t *arena;
 409         vm_offset_t addr;
 410         int rv;
 411
 412         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 413                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 414         else
 415                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 416         size = round_page(size);
 417         if (vmem_alloc(arena, size, flags | M_BESTFIT, &addr))
 418                 return (0);
 419
 420         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, size, flags);
 421         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 422                 vmem_free(arena, addr, size);
 423                 return (0);
 424         }
 425         return (addr);
 426 }
 427
 428 vm_offset_t
 429 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 430 {
 431
 432         return (kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags));
 433 }
 434
 435 vm_offset_t
 436 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 437 {
 438         struct vm_domainset_iter di;
 439         vm_offset_t addr;
 440         int domain;
 441
 442         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 443         do {
 444                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 445                 if (addr != 0)
 446                         break;
 447         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 448
 449         return (addr);
 450 }
 451
 452 /*
 453  *      kmem_back_domain:
 454  *
 455  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 456  *      virtual address range.
 457  */
 458 int
 459 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 460     vm_size_t size, int flags)
 461 {
 462         vm_offset_t offset, i;
 463         vm_page_t m, mpred;
 464         vm_prot_t prot;
 465         int pflags;
 466
 467         KASSERT(object == kernel_object,
 468             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 469
 470         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 471         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 472         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 473         if (flags & M_WAITOK)
 474                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 475         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 476
 477         i = 0;
 478         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 479 retry:
 480         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 481         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 482                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 483                     domain, pflags, mpred);
 484
 485                 /*
 486                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 487                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 488                  * aren't on any queues.
 489                  */
 490                 if (m == NULL) {
 491                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 492                                 goto retry;
 493                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 494                         kmem_unback(object, addr, i);
 495                         return (KERN_NO_SPACE);
 496                 }
 497                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 498                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 499                     vm_page_domain(m), domain));
 500                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 501                         pmap_zero_page(m);
 502                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 503                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 504                 vm_page_valid(m);
 505                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 506                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 507                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 508                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 509         }
 510         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 511
 512         return (KERN_SUCCESS);
 513 }
 514
 515 /*
 516  *      kmem_back:
 517  *
 518  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 519  */
 520 int
 521 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 522 {
 523         vm_offset_t end, next, start;
 524         int domain, rv;
 525
 526         KASSERT(object == kernel_object,
 527             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 528
 529         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 530                 /*
 531                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 532                  * all come from the same physical domain.
 533                  */
 534                 if (vm_ndomains > 1) {
 535                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 536                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 537                                 domain++;
 538                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 539                         if (next > end || next < start)
 540                                 next = end;
 541                 } else {
 542                         domain = 0;
 543                         next = end;
 544                 }
 545                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 546                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 547                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 548                         break;
 549                 }
 550         }
 551         return (rv);
 552 }
 553
 554 /*
 555  *      kmem_unback:
 556  *
 557  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 558  *      address range.
 559  *
 560  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 561  *      that is being unmapped.
 562  */
 563 static struct vmem *
 564 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 565 {
 566         struct vmem *arena;
 567         vm_page_t m, next;
 568         vm_offset_t end, offset;
 569         int domain;
 570
 571         KASSERT(object == kernel_object,
 572             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 573
 574         if (size == 0)
 575                 return (NULL);
 576         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 577         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 578         end = offset + size;
 579         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 580         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 581         domain = vm_page_domain(m);
 582         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 583                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 584         else
 585                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 586         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 587                 next = vm_page_next(m);
 588                 vm_page_xbusy_claim(m);
 589                 vm_page_unwire_noq(m);
 590                 vm_page_free(m);
 591         }
 592         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 593
 594         return (arena);
 595 }
 596
 597 void
 598 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 599 {
 600
 601         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 602 }
 603
 604 /*
 605  *      kmem_free:
 606  *
 607  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 608  *      original allocation.
 609  */
 610 void
 611 kmem_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 612 {
 613         struct vmem *arena;
 614
 615         size = round_page(size);
 616         arena = _kmem_unback(kernel_object, addr, size);
 617         if (arena != NULL)
 618                 vmem_free(arena, addr, size);
 619 }
 620
 621 /*
 622  *      kmap_alloc_wait:
 623  *
 624  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 625  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 626  *
 627  *      This routine may block.
 628  */
 629 vm_offset_t
 630 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 631 {
 632         vm_offset_t addr;
 633
 634         size = round_page(size);
 635         if (!swap_reserve(size))
 636                 return (0);
 637
 638         for (;;) {
 639                 /*
 640                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 641                  * to lock out sleepers/wakers.
 642                  */
 643                 vm_map_lock(map);
 644                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 645                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 646                         break;
 647                 /* no space now; see if we can ever get space */
 648                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 649                         vm_map_unlock(map);
 650                         swap_release(size);
 651                         return (0);
 652                 }
 653                 map->needs_wakeup = TRUE;
 654                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 655         }
 656         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 657             MAP_ACC_CHARGED);
 658         vm_map_unlock(map);
 659         return (addr);
 660 }
 661
 662 /*
 663  *      kmap_free_wakeup:
 664  *
 665  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 666  *      waiting for memory in that map.
 667  */
 668 void
 669 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 670 {
 671
 672         vm_map_lock(map);
 673         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 674         if (map->needs_wakeup) {
 675                 map->needs_wakeup = FALSE;
 676                 vm_map_wakeup(map);
 677         }
 678         vm_map_unlock(map);
 679 }
 680
 681 void
 682 kmem_init_zero_region(void)
 683 {
 684         vm_offset_t addr, i;
 685         vm_page_t m;
 686
 687         /*
 688          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 689          * This requires less looping in places that want large amounts of
 690          * zeros, while not using much more physical resources.
 691          */
 692         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 693         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
 694             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 695         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
 696                 pmap_zero_page(m);
 697         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 698                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 699         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 700
 701         zero_region = (const void *)addr;
 702 }
 703
 704 /*
 705  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 706  */
 707 static int
 708 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 709 {
 710         vm_offset_t addr;
 711         int result;
 712
 713         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 714             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 715             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 716         addr = vm_map_min(kernel_map);
 717         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 718             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 719         if (result != KERN_SUCCESS)
 720                 return (ENOMEM);
 721
 722         *addrp = addr;
 723
 724         return (0);
 725 }
 726
 727 /*
 728  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 729  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 730  */
 731 static int
 732 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 733 {
 734
 735         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 736             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 737             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 738         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 739             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 740 }
 741
 742 /*
 743  *      kmem_init:
 744  *
 745  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 746  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 747  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 748  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 749  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 750  */
 751 void
 752 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 753 {
 754         vm_size_t quantum;
 755         int domain;
 756
 757         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 758         kernel_map->system_map = 1;
 759         vm_map_lock(kernel_map);
 760         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 761         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 762 #ifdef __amd64__
 763             KERNBASE,
 764 #else
 765             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 766 #endif
 767             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 768         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 769
 770 #ifdef __amd64__
 771         /*
 772          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 773          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 774          * instead.
 775          */
 776         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 777             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 778             sizeof(struct vm_page)),
 779             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 780 #endif
 781         vm_map_unlock(kernel_map);
 782
 783         /*
 784          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 785          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 786          * the per-domain arenas.
 787          */
 788         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 789                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 790         else
 791                 quantum = KVA_QUANTUM;
 792
 793         /*
 794          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 795          */
 796         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 797         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 798
 799         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 800                 /*
 801                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 802                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 803                  * are backed by memory from the same physical domain,
 804                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 805                  */
 806                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 807                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 808                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 809                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 810
 811                 /*
 812                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 813                  * for allocations with permissions that differ from the
 814                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 815                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 816                  *
 817                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 818                  */
 819 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 820                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 821                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 822                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 823                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 824                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 825 #else
 826                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 827                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 828 #endif
 829         }
 830
 831         /*
 832          * This must be the very first call so that the virtual address
 833          * space used for early allocations is properly marked used in
 834          * the map.
 835          */
 836         uma_startup2();
 837 }
 838
 839 /*
 840  *      kmem_bootstrap_free:
 841  *
 842  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 843  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 844  *      vm_phys segment for preloaded data.
 845  */
 846 void
 847 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 848 {
 849 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 850         struct vm_domain *vmd;
 851         vm_offset_t end, va;
 852         vm_paddr_t pa;
 853         vm_page_t m;
 854
 855         end = trunc_page(start + size);
 856         start = round_page(start);
 857
 858 #ifdef __amd64__
 859         /*
 860          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 861          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 862          * is updated.
 863          */
 864         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 865 #endif
 866         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 867                 pa = pmap_kextract(va);
 868                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 869
 870                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 871                 vm_domain_free_lock(vmd);
 872                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 873                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 874
 875                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 876                 vm_cnt.v_page_count++;
 877         }
 878         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 879         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 880 #endif
 881 }
 882
 883 /*
 884  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 885  * purposes.
 886  */
 887 static int
 888 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 889 {
 890         int error, i;
 891
 892         i = 0;
 893         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 894         if (error)
 895                 return (error);
 896         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 897                 return (EINVAL);
 898         if (i != 0)
 899                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 900         return (0);
 901 }
 902
 903 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
 904     debug_vm_lowmem, "I", "set to trigger vm_lowmem event with given flags");