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  *
  35  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  36  * All rights reserved.
  37  *
  38  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  39  *
  40  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  41  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  42  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  43  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  44  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  45  *
  46  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  47  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  48  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  49  *
  50  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  51  *
  52  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  53  *  School of Computer Science
  54  *  Carnegie Mellon University
  55  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  56  *
  57  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  58  * rights to redistribute these changes.
  59  */
  60
  61 /*
  62  *      Kernel memory management.
  63  */
  64
  65 #include <sys/cdefs.h>
  66 #include "opt_vm.h"
  67
  68 #include <sys/param.h>
  69 #include <sys/systm.h>
  70 #include <sys/asan.h>
  71 #include <sys/domainset.h>
  72 #include <sys/eventhandler.h>
  73 #include <sys/kernel.h>
  74 #include <sys/lock.h>
  75 #include <sys/malloc.h>
  76 #include <sys/msan.h>
  77 #include <sys/proc.h>
  78 #include <sys/rwlock.h>
  79 #include <sys/smp.h>
  80 #include <sys/sysctl.h>
  81 #include <sys/vmem.h>
  82 #include <sys/vmmeter.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_domainset.h>
  87 #include <vm/vm_kern.h>
  88 #include <vm/pmap.h>
  89 #include <vm/vm_map.h>
  90 #include <vm/vm_object.h>
  91 #include <vm/vm_page.h>
  92 #include <vm/vm_pageout.h>
  93 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  94 #include <vm/vm_phys.h>
  95 #include <vm/vm_radix.h>
  96 #include <vm/vm_extern.h>
  97 #include <vm/uma.h>
  98
  99 struct vm_map kernel_map_store;
 100 struct vm_map exec_map_store;
 101 struct vm_map pipe_map_store;
 102
 103 const void *zero_region;
 104 CTASSERT((ZERO_REGION_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
 105
 106 /* NB: Used by kernel debuggers. */
 107 const u_long vm_maxuser_address = VM_MAXUSER_ADDRESS;
 108
 109 u_int exec_map_entry_size;
 110 u_int exec_map_entries;
 111
 112 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 113     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, "Min kernel address");
 114
 115 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 116 #if defined(__arm__)
 117     &vm_max_kernel_address, 0,
 118 #else
 119     SYSCTL_NULL_ULONG_PTR, VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
 120 #endif
 121     "Max kernel address");
 122
 123 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 124 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (VM_LEVEL_0_ORDER + PAGE_SHIFT)
 125 #else
 126 /* On non-superpage architectures we want large import sizes. */
 127 #define KVA_QUANTUM_SHIFT       (8 + PAGE_SHIFT)
 128 #endif
 129 #define KVA_QUANTUM             (1ul << KVA_QUANTUM_SHIFT)
 130 #define KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM (KVA_QUANTUM * 128)
 131
 132 extern void     uma_startup2(void);
 133
 134 /*
 135  *      kva_alloc:
 136  *
 137  *      Allocate a virtual address range with no underlying object and
 138  *      no initial mapping to physical memory.  Any mapping from this
 139  *      range to physical memory must be explicitly created prior to
 140  *      its use, typically with pmap_qenter().  Any attempt to create
 141  *      a mapping on demand through vm_fault() will result in a panic.
 142  */
 143 vm_offset_t
 144 kva_alloc(vm_size_t size)
 145 {
 146         vm_offset_t addr;
 147
 148         TSENTER();
 149         size = round_page(size);
 150         if (vmem_xalloc(kernel_arena, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 151             VMEM_ADDR_MAX, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 152                 return (0);
 153         TSEXIT();
 154
 155         return (addr);
 156 }
 157
 158 /*
 159  *      kva_alloc_aligned:
 160  *
 161  *      Allocate a virtual address range as in kva_alloc where the base
 162  *      address is aligned to align.
 163  */
 164 vm_offset_t
 165 kva_alloc_aligned(vm_size_t size, vm_size_t align)
 166 {
 167         vm_offset_t addr;
 168
 169         TSENTER();
 170         size = round_page(size);
 171         if (vmem_xalloc(kernel_arena, size, align, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 172             VMEM_ADDR_MAX, M_BESTFIT | M_NOWAIT, &addr))
 173                 return (0);
 174         TSEXIT();
 175
 176         return (addr);
 177 }
 178
 179 /*
 180  *      kva_free:
 181  *
 182  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 183  *      with kva_alloc, and return the physical pages
 184  *      associated with that region.
 185  *
 186  *      This routine may not block on kernel maps.
 187  */
 188 void
 189 kva_free(vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 190 {
 191
 192         size = round_page(size);
 193         vmem_xfree(kernel_arena, addr, size);
 194 }
 195
 196 /*
 197  * Update sanitizer shadow state to reflect a new allocation.  Force inlining to
 198  * help make KMSAN origin tracking more precise.
 199  */
 200 static __always_inline void
 201 kmem_alloc_san(vm_offset_t addr, vm_size_t size, vm_size_t asize, int flags)
 202 {
 203         if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 204                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_UNINIT);
 205                 kmsan_orig((void *)addr, asize, KMSAN_TYPE_KMEM,
 206                     KMSAN_RET_ADDR);
 207         } else {
 208                 kmsan_mark((void *)addr, asize, KMSAN_STATE_INITED);
 209         }
 210         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 211 }
 212
 213 static vm_page_t
 214 kmem_alloc_contig_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
 215     int pflags, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 216     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 217 {
 218         vm_page_t m;
 219         int tries;
 220         bool wait, reclaim;
 221
 222         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 223
 224         wait = (pflags & VM_ALLOC_WAITOK) != 0;
 225         reclaim = (pflags & VM_ALLOC_NORECLAIM) == 0;
 226         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 227         pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
 228         for (tries = wait ? 3 : 1;; tries--) {
 229                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, pflags,
 230                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 231                 if (m != NULL || tries == 0 || !reclaim)
 232                         break;
 233
 234                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 235                 if (vm_page_reclaim_contig_domain(domain, pflags, npages,
 236                     low, high, alignment, boundary) == ENOMEM && wait)
 237                         vm_wait_domain(domain);
 238                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
 239         }
 240         return (m);
 241 }
 242
 243 /*
 244  *      Allocates a region from the kernel address map and physical pages
 245  *      within the specified address range to the kernel object.  Creates a
 246  *      wired mapping from this region to these pages, and returns the
 247  *      region's starting virtual address.  The allocated pages are not
 248  *      necessarily physically contiguous.  If M_ZERO is specified through the
 249  *      given flags, then the pages are zeroed before they are mapped.
 250  */
 251 static void *
 252 kmem_alloc_attr_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 253     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 254 {
 255         vmem_t *vmem;
 256         vm_object_t object;
 257         vm_offset_t addr, i, offset;
 258         vm_page_t m;
 259         vm_size_t asize;
 260         int pflags;
 261         vm_prot_t prot;
 262
 263         object = kernel_object;
 264         asize = round_page(size);
 265         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 266         if (vmem_alloc(vmem, asize, M_BESTFIT | flags, &addr))
 267                 return (0);
 268         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 269         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 270         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 271         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 272         for (i = 0; i < asize; i += PAGE_SIZE) {
 273                 m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset + i),
 274                     domain, pflags, 1, low, high, PAGE_SIZE, 0, memattr);
 275                 if (m == NULL) {
 276                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 277                         kmem_unback(object, addr, i);
 278                         vmem_free(vmem, addr, asize);
 279                         return (0);
 280                 }
 281                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 282                     ("kmem_alloc_attr_domain: Domain mismatch %d != %d",
 283                     vm_page_domain(m), domain));
 284                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 285                         pmap_zero_page(m);
 286                 vm_page_valid(m);
 287                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 288                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 289         }
 290         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 291         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 292         return ((void *)addr);
 293 }
 294
 295 void *
 296 kmem_alloc_attr(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 297     vm_memattr_t memattr)
 298 {
 299
 300         return (kmem_alloc_attr_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 301             high, memattr));
 302 }
 303
 304 void *
 305 kmem_alloc_attr_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 306     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 307 {
 308         struct vm_domainset_iter di;
 309         vm_page_t bounds[2];
 310         void *addr;
 311         int domain;
 312         int start_segind;
 313
 314         start_segind = -1;
 315
 316         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 317         do {
 318                 addr = kmem_alloc_attr_domain(domain, size, flags, low, high,
 319                     memattr);
 320                 if (addr != NULL)
 321                         break;
 322                 if (start_segind == -1)
 323                         start_segind = vm_phys_lookup_segind(low);
 324                 if (vm_phys_find_range(bounds, start_segind, domain,
 325                     atop(round_page(size)), low, high) == -1) {
 326                         vm_domainset_iter_ignore(&di, domain);
 327                 }
 328         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 329
 330         return (addr);
 331 }
 332
 333 /*
 334  *      Allocates a region from the kernel address map and physically
 335  *      contiguous pages within the specified address range to the kernel
 336  *      object.  Creates a wired mapping from this region to these pages, and
 337  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is specified
 338  *      through the given flags, then the pages are zeroed before they are
 339  *      mapped.
 340  */
 341 static void *
 342 kmem_alloc_contig_domain(int domain, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 343     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 344     vm_memattr_t memattr)
 345 {
 346         vmem_t *vmem;
 347         vm_object_t object;
 348         vm_offset_t addr, offset, tmp;
 349         vm_page_t end_m, m;
 350         vm_size_t asize;
 351         u_long npages;
 352         int pflags;
 353
 354         object = kernel_object;
 355         asize = round_page(size);
 356         vmem = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 357         if (vmem_alloc(vmem, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 358                 return (NULL);
 359         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 360         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 361         npages = atop(asize);
 362         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 363         m = kmem_alloc_contig_pages(object, atop(offset), domain,
 364             pflags, npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
 365         if (m == NULL) {
 366                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 367                 vmem_free(vmem, addr, asize);
 368                 return (NULL);
 369         }
 370         KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 371             ("kmem_alloc_contig_domain: Domain mismatch %d != %d",
 372             vm_page_domain(m), domain));
 373         end_m = m + npages;
 374         tmp = addr;
 375         for (; m < end_m; m++) {
 376                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 377                         pmap_zero_page(m);
 378                 vm_page_valid(m);
 379                 pmap_enter(kernel_pmap, tmp, m, VM_PROT_RW,
 380                     VM_PROT_RW | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 381                 tmp += PAGE_SIZE;
 382         }
 383         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 384         kmem_alloc_san(addr, size, asize, flags);
 385         return ((void *)addr);
 386 }
 387
 388 void *
 389 kmem_alloc_contig(vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 390     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
 391 {
 392
 393         return (kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags, low,
 394             high, alignment, boundary, memattr));
 395 }
 396
 397 void *
 398 kmem_alloc_contig_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags,
 399     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
 400     vm_memattr_t memattr)
 401 {
 402         struct vm_domainset_iter di;
 403         vm_page_t bounds[2];
 404         void *addr;
 405         int domain;
 406         int start_segind;
 407
 408         start_segind = -1;
 409
 410         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 411         do {
 412                 addr = kmem_alloc_contig_domain(domain, size, flags, low, high,
 413                     alignment, boundary, memattr);
 414                 if (addr != NULL)
 415                         break;
 416                 if (start_segind == -1)
 417                         start_segind = vm_phys_lookup_segind(low);
 418                 if (vm_phys_find_range(bounds, start_segind, domain,
 419                     atop(round_page(size)), low, high) == -1) {
 420                         vm_domainset_iter_ignore(&di, domain);
 421                 }
 422         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 423
 424         return (addr);
 425 }
 426
 427 /*
 428  *      kmem_subinit:
 429  *
 430  *      Initializes a map to manage a subrange
 431  *      of the kernel virtual address space.
 432  *
 433  *      Arguments are as follows:
 434  *
 435  *      parent          Map to take range from
 436  *      min, max        Returned endpoints of map
 437  *      size            Size of range to find
 438  *      superpage_align Request that min is superpage aligned
 439  */
 440 void
 441 kmem_subinit(vm_map_t map, vm_map_t parent, vm_offset_t *min, vm_offset_t *max,
 442     vm_size_t size, bool superpage_align)
 443 {
 444         int ret;
 445
 446         size = round_page(size);
 447
 448         *min = vm_map_min(parent);
 449         ret = vm_map_find(parent, NULL, 0, min, size, 0, superpage_align ?
 450             VMFS_SUPER_SPACE : VMFS_ANY_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 451             MAP_ACC_NO_CHARGE);
 452         if (ret != KERN_SUCCESS)
 453                 panic("kmem_subinit: bad status return of %d", ret);
 454         *max = *min + size;
 455         vm_map_init(map, vm_map_pmap(parent), *min, *max);
 456         if (vm_map_submap(parent, *min, *max, map) != KERN_SUCCESS)
 457                 panic("kmem_subinit: unable to change range to submap");
 458 }
 459
 460 /*
 461  *      kmem_malloc_domain:
 462  *
 463  *      Allocate wired-down pages in the kernel's address space.
 464  */
 465 static void *
 466 kmem_malloc_domain(int domain, vm_size_t size, int flags)
 467 {
 468         vmem_t *arena;
 469         vm_offset_t addr;
 470         vm_size_t asize;
 471         int rv;
 472
 473         if (__predict_true((flags & M_EXEC) == 0))
 474                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 475         else
 476                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 477         asize = round_page(size);
 478         if (vmem_alloc(arena, asize, flags | M_BESTFIT, &addr))
 479                 return (0);
 480
 481         rv = kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, asize, flags);
 482         if (rv != KERN_SUCCESS) {
 483                 vmem_free(arena, addr, asize);
 484                 return (0);
 485         }
 486         kasan_mark((void *)addr, size, asize, KASAN_KMEM_REDZONE);
 487         return ((void *)addr);
 488 }
 489
 490 void *
 491 kmem_malloc(vm_size_t size, int flags)
 492 {
 493         void * p;
 494
 495         TSENTER();
 496         p = kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_RR(), size, flags);
 497         TSEXIT();
 498         return (p);
 499 }
 500
 501 void *
 502 kmem_malloc_domainset(struct domainset *ds, vm_size_t size, int flags)
 503 {
 504         struct vm_domainset_iter di;
 505         void *addr;
 506         int domain;
 507
 508         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 509         do {
 510                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, flags);
 511                 if (addr != NULL)
 512                         break;
 513         } while (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 514
 515         return (addr);
 516 }
 517
 518 /*
 519  *      kmem_back_domain:
 520  *
 521  *      Allocate physical pages from the specified domain for the specified
 522  *      virtual address range.
 523  */
 524 int
 525 kmem_back_domain(int domain, vm_object_t object, vm_offset_t addr,
 526     vm_size_t size, int flags)
 527 {
 528         vm_offset_t offset, i;
 529         vm_page_t m, mpred;
 530         vm_prot_t prot;
 531         int pflags;
 532
 533         KASSERT(object == kernel_object,
 534             ("kmem_back_domain: only supports kernel object."));
 535
 536         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 537         pflags = malloc2vm_flags(flags) | VM_ALLOC_WIRED;
 538         pflags &= ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
 539         if (flags & M_WAITOK)
 540                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
 541         prot = (flags & M_EXEC) != 0 ? VM_PROT_ALL : VM_PROT_RW;
 542
 543         i = 0;
 544         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 545 retry:
 546         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, atop(offset + i));
 547         for (; i < size; i += PAGE_SIZE, mpred = m) {
 548                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, atop(offset + i),
 549                     domain, pflags, mpred);
 550
 551                 /*
 552                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
 553                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
 554                  * aren't on any queues.
 555                  */
 556                 if (m == NULL) {
 557                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
 558                                 goto retry;
 559                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 560                         kmem_unback(object, addr, i);
 561                         return (KERN_NO_SPACE);
 562                 }
 563                 KASSERT(vm_page_domain(m) == domain,
 564                     ("kmem_back_domain: Domain mismatch %d != %d",
 565                     vm_page_domain(m), domain));
 566                 if (flags & M_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 567                         pmap_zero_page(m);
 568                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
 569                     ("kmem_malloc: page %p is managed", m));
 570                 vm_page_valid(m);
 571                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, prot,
 572                     prot | PMAP_ENTER_WIRED, 0);
 573                 if (__predict_false((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0))
 574                         m->oflags |= VPO_KMEM_EXEC;
 575         }
 576         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 577         kmem_alloc_san(addr, size, size, flags);
 578         return (KERN_SUCCESS);
 579 }
 580
 581 /*
 582  *      kmem_back:
 583  *
 584  *      Allocate physical pages for the specified virtual address range.
 585  */
 586 int
 587 kmem_back(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int flags)
 588 {
 589         vm_offset_t end, next, start;
 590         int domain, rv;
 591
 592         KASSERT(object == kernel_object,
 593             ("kmem_back: only supports kernel object."));
 594
 595         for (start = addr, end = addr + size; addr < end; addr = next) {
 596                 /*
 597                  * We must ensure that pages backing a given large virtual page
 598                  * all come from the same physical domain.
 599                  */
 600                 if (vm_ndomains > 1) {
 601                         domain = (addr >> KVA_QUANTUM_SHIFT) % vm_ndomains;
 602                         while (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
 603                                 domain++;
 604                         next = roundup2(addr + 1, KVA_QUANTUM);
 605                         if (next > end || next < start)
 606                                 next = end;
 607                 } else {
 608                         domain = 0;
 609                         next = end;
 610                 }
 611                 rv = kmem_back_domain(domain, object, addr, next - addr, flags);
 612                 if (rv != KERN_SUCCESS) {
 613                         kmem_unback(object, start, addr - start);
 614                         break;
 615                 }
 616         }
 617         return (rv);
 618 }
 619
 620 /*
 621  *      kmem_unback:
 622  *
 623  *      Unmap and free the physical pages underlying the specified virtual
 624  *      address range.
 625  *
 626  *      A physical page must exist within the specified object at each index
 627  *      that is being unmapped.
 628  */
 629 static struct vmem *
 630 _kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 631 {
 632         struct vmem *arena;
 633         vm_page_t m, next;
 634         vm_offset_t end, offset;
 635         int domain;
 636
 637         KASSERT(object == kernel_object,
 638             ("kmem_unback: only supports kernel object."));
 639
 640         if (size == 0)
 641                 return (NULL);
 642         pmap_remove(kernel_pmap, addr, addr + size);
 643         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 644         end = offset + size;
 645         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 646         m = vm_page_lookup(object, atop(offset));
 647         domain = vm_page_domain(m);
 648         if (__predict_true((m->oflags & VPO_KMEM_EXEC) == 0))
 649                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 650         else
 651                 arena = vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena;
 652         for (; offset < end; offset += PAGE_SIZE, m = next) {
 653                 next = vm_page_next(m);
 654                 vm_page_xbusy_claim(m);
 655                 vm_page_unwire_noq(m);
 656                 vm_page_free(m);
 657         }
 658         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 659
 660         return (arena);
 661 }
 662
 663 void
 664 kmem_unback(vm_object_t object, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 665 {
 666
 667         (void)_kmem_unback(object, addr, size);
 668 }
 669
 670 /*
 671  *      kmem_free:
 672  *
 673  *      Free memory allocated with kmem_malloc.  The size must match the
 674  *      original allocation.
 675  */
 676 void
 677 kmem_free(void *addr, vm_size_t size)
 678 {
 679         struct vmem *arena;
 680
 681         size = round_page(size);
 682         kasan_mark(addr, size, size, 0);
 683         arena = _kmem_unback(kernel_object, (uintptr_t)addr, size);
 684         if (arena != NULL)
 685                 vmem_free(arena, (uintptr_t)addr, size);
 686 }
 687
 688 /*
 689  *      kmap_alloc_wait:
 690  *
 691  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 692  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 693  *
 694  *      This routine may block.
 695  */
 696 vm_offset_t
 697 kmap_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 698 {
 699         vm_offset_t addr;
 700
 701         size = round_page(size);
 702         if (!swap_reserve(size))
 703                 return (0);
 704
 705         for (;;) {
 706                 /*
 707                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 708                  * to lock out sleepers/wakers.
 709                  */
 710                 vm_map_lock(map);
 711                 addr = vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size);
 712                 if (addr + size <= vm_map_max(map))
 713                         break;
 714                 /* no space now; see if we can ever get space */
 715                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 716                         vm_map_unlock(map);
 717                         swap_release(size);
 718                         return (0);
 719                 }
 720                 map->needs_wakeup = TRUE;
 721                 vm_map_unlock_and_wait(map, 0);
 722         }
 723         vm_map_insert(map, NULL, 0, addr, addr + size, VM_PROT_RW, VM_PROT_RW,
 724             MAP_ACC_CHARGED);
 725         vm_map_unlock(map);
 726         return (addr);
 727 }
 728
 729 /*
 730  *      kmap_free_wakeup:
 731  *
 732  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 733  *      waiting for memory in that map.
 734  */
 735 void
 736 kmap_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 737 {
 738
 739         vm_map_lock(map);
 740         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 741         if (map->needs_wakeup) {
 742                 map->needs_wakeup = FALSE;
 743                 vm_map_wakeup(map);
 744         }
 745         vm_map_unlock(map);
 746 }
 747
 748 void
 749 kmem_init_zero_region(void)
 750 {
 751         vm_offset_t addr, i;
 752         vm_page_t m;
 753
 754         /*
 755          * Map a single physical page of zeros to a larger virtual range.
 756          * This requires less looping in places that want large amounts of
 757          * zeros, while not using much more physical resources.
 758          */
 759         addr = kva_alloc(ZERO_REGION_SIZE);
 760         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
 761         for (i = 0; i < ZERO_REGION_SIZE; i += PAGE_SIZE)
 762                 pmap_qenter(addr + i, &m, 1);
 763         pmap_protect(kernel_pmap, addr, addr + ZERO_REGION_SIZE, VM_PROT_READ);
 764
 765         zero_region = (const void *)addr;
 766 }
 767
 768 /*
 769  * Import KVA from the kernel map into the kernel arena.
 770  */
 771 static int
 772 kva_import(void *unused, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 773 {
 774         vm_offset_t addr;
 775         int result;
 776
 777         TSENTER();
 778         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 779             ("kva_import: Size %jd is not a multiple of %d",
 780             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 781         addr = vm_map_min(kernel_map);
 782         result = vm_map_find(kernel_map, NULL, 0, &addr, size, 0,
 783             VMFS_SUPER_SPACE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 784         if (result != KERN_SUCCESS) {
 785                 TSEXIT();
 786                 return (ENOMEM);
 787         }
 788
 789         *addrp = addr;
 790
 791         TSEXIT();
 792         return (0);
 793 }
 794
 795 /*
 796  * Import KVA from a parent arena into a per-domain arena.  Imports must be
 797  * KVA_QUANTUM-aligned and a multiple of KVA_QUANTUM in size.
 798  */
 799 static int
 800 kva_import_domain(void *arena, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
 801 {
 802
 803         KASSERT((size % KVA_QUANTUM) == 0,
 804             ("kva_import_domain: Size %jd is not a multiple of %d",
 805             (intmax_t)size, (int)KVA_QUANTUM));
 806         return (vmem_xalloc(arena, size, KVA_QUANTUM, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 807             VMEM_ADDR_MAX, flags, addrp));
 808 }
 809
 810 /*
 811  *      kmem_init:
 812  *
 813  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text,
 814  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The
 815  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and
 816  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
 817  *      Create the kernel vmem arena and its per-domain children.
 818  */
 819 void
 820 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 821 {
 822         vm_size_t quantum;
 823         int domain;
 824
 825         vm_map_init(kernel_map, kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
 826         kernel_map->system_map = 1;
 827         vm_map_lock(kernel_map);
 828         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 829         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0,
 830 #ifdef __amd64__
 831             KERNBASE,
 832 #else
 833             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 834 #endif
 835             start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
 836         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 837
 838 #ifdef __amd64__
 839         /*
 840          * Mark KVA used for the page array as allocated.  Other platforms
 841          * that handle vm_page_array allocation can simply adjust virtual_avail
 842          * instead.
 843          */
 844         (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, (vm_offset_t)vm_page_array,
 845             (vm_offset_t)vm_page_array + round_2mpage(vm_page_array_size *
 846             sizeof(struct vm_page)),
 847             VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
 848 #endif
 849         vm_map_unlock(kernel_map);
 850
 851         /*
 852          * Use a large import quantum on NUMA systems.  This helps minimize
 853          * interleaving of superpages, reducing internal fragmentation within
 854          * the per-domain arenas.
 855          */
 856         if (vm_ndomains > 1 && PMAP_HAS_DMAP)
 857                 quantum = KVA_NUMA_IMPORT_QUANTUM;
 858         else
 859                 quantum = KVA_QUANTUM;
 860
 861         /*
 862          * Initialize the kernel_arena.  This can grow on demand.
 863          */
 864         vmem_init(kernel_arena, "kernel arena", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, 0);
 865         vmem_set_import(kernel_arena, kva_import, NULL, NULL, quantum);
 866
 867         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
 868                 /*
 869                  * Initialize the per-domain arenas.  These are used to color
 870                  * the KVA space in a way that ensures that virtual large pages
 871                  * are backed by memory from the same physical domain,
 872                  * maximizing the potential for superpage promotion.
 873                  */
 874                 vm_dom[domain].vmd_kernel_arena = vmem_create(
 875                     "kernel arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 876                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena,
 877                     kva_import_domain, NULL, kernel_arena, quantum);
 878
 879                 /*
 880                  * In architectures with superpages, maintain separate arenas
 881                  * for allocations with permissions that differ from the
 882                  * "standard" read/write permissions used for kernel memory,
 883                  * so as not to inhibit superpage promotion.
 884                  *
 885                  * Use the base import quantum since this arena is rarely used.
 886                  */
 887 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 888                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena = vmem_create(
 889                     "kernel rwx arena domain", 0, 0, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
 890                 vmem_set_import(vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena,
 891                     kva_import_domain, (vmem_release_t *)vmem_xfree,
 892                     kernel_arena, KVA_QUANTUM);
 893 #else
 894                 vm_dom[domain].vmd_kernel_rwx_arena =
 895                     vm_dom[domain].vmd_kernel_arena;
 896 #endif
 897         }
 898
 899         /*
 900          * This must be the very first call so that the virtual address
 901          * space used for early allocations is properly marked used in
 902          * the map.
 903          */
 904         uma_startup2();
 905 }
 906
 907 /*
 908  *      kmem_bootstrap_free:
 909  *
 910  *      Free pages backing preloaded data (e.g., kernel modules) to the
 911  *      system.  Currently only supported on platforms that create a
 912  *      vm_phys segment for preloaded data.
 913  */
 914 void
 915 kmem_bootstrap_free(vm_offset_t start, vm_size_t size)
 916 {
 917 #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
 918         struct vm_domain *vmd;
 919         vm_offset_t end, va;
 920         vm_paddr_t pa;
 921         vm_page_t m;
 922
 923         end = trunc_page(start + size);
 924         start = round_page(start);
 925
 926 #ifdef __amd64__
 927         /*
 928          * Preloaded files do not have execute permissions by default on amd64.
 929          * Restore the default permissions to ensure that the direct map alias
 930          * is updated.
 931          */
 932         pmap_change_prot(start, end - start, VM_PROT_RW);
 933 #endif
 934         for (va = start; va < end; va += PAGE_SIZE) {
 935                 pa = pmap_kextract(va);
 936                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 937
 938                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
 939                 vm_domain_free_lock(vmd);
 940                 vm_phys_free_pages(m, 0);
 941                 vm_domain_free_unlock(vmd);
 942
 943                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
 944                 vm_cnt.v_page_count++;
 945         }
 946         pmap_remove(kernel_pmap, start, end);
 947         (void)vmem_add(kernel_arena, start, end - start, M_WAITOK);
 948 #endif
 949 }
 950
 951 #ifdef PMAP_WANT_ACTIVE_CPUS_NAIVE
 952 void
 953 pmap_active_cpus(pmap_t pmap, cpuset_t *res)
 954 {
 955         struct thread *td;
 956         struct proc *p;
 957         struct vmspace *vm;
 958         int c;
 959
 960         CPU_ZERO(res);
 961         CPU_FOREACH(c) {
 962                 td = cpuid_to_pcpu[c]->pc_curthread;
 963                 p = td->td_proc;
 964                 if (p == NULL)
 965                         continue;
 966                 vm = vmspace_acquire_ref(p);
 967                 if (vm == NULL)
 968                         continue;
 969                 if (pmap == vmspace_pmap(vm))
 970                         CPU_SET(c, res);
 971                 vmspace_free(vm);
 972         }
 973 }
 974 #endif
 975
 976 /*
 977  * Allow userspace to directly trigger the VM drain routine for testing
 978  * purposes.
 979  */
 980 static int
 981 debug_vm_lowmem(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 982 {
 983         int error, i;
 984
 985         i = 0;
 986         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
 987         if (error != 0)
 988                 return (error);
 989         if ((i & ~(VM_LOW_KMEM | VM_LOW_PAGES)) != 0)
 990                 return (EINVAL);
 991         if (i != 0)
 992                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, i);
 993         return (0);
 994 }
 995 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, vm_lowmem,
 996     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_vm_lowmem, "I",
 997     "set to trigger vm_lowmem event with given flags");
 998
 999 static int
1000 debug_uma_reclaim(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1001 {
1002         int error, i;
1003
1004         i = 0;
1005         error = sysctl_handle_int(oidp, &i, 0, req);
1006         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1007                 return (error);
1008         if (i != UMA_RECLAIM_TRIM && i != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
1009             i != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
1010                 return (EINVAL);
1011         uma_reclaim(i);
1012         return (0);
1013 }
1014 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim,
1015     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0, debug_uma_reclaim, "I",
1016     "set to generate request to reclaim uma caches");
1017
1018 static int
1019 debug_uma_reclaim_domain(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1020 {
1021         int domain, error, request;
1022
1023         request = 0;
1024         error = sysctl_handle_int(oidp, &request, 0, req);
1025         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1026                 return (error);
1027
1028         domain = request >> 4;
1029         request &= 0xf;
1030         if (request != UMA_RECLAIM_TRIM && request != UMA_RECLAIM_DRAIN &&
1031             request != UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU)
1032                 return (EINVAL);
1033         if (domain < 0 || domain >= vm_ndomains)
1034                 return (EINVAL);
1035         uma_reclaim_domain(request, domain);
1036         return (0);
1037 }
1038 SYSCTL_PROC(_debug, OID_AUTO, uma_reclaim_domain,
1039     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, 0, 0,
1040     debug_uma_reclaim_domain, "I",
1041     "");