sys/vm/vm_map.h

   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  *      @(#)vm_map.h    8.9 (Berkeley) 5/17/95
  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  * $FreeBSD$
  63  */
  64
  65 /*
  66  *      Virtual memory map module definitions.
  67  */
  68 #ifndef _VM_MAP_
  69 #define _VM_MAP_
  70
  71 #include <sys/lock.h>
  72 #include <sys/sx.h>
  73 #include <sys/_mutex.h>
  74
  75 /*
  76  *      Types defined:
  77  *
  78  *      vm_map_t                the high-level address map data structure.
  79  *      vm_map_entry_t          an entry in an address map.
  80  */
  81
  82 typedef u_char vm_flags_t;
  83 typedef u_int vm_eflags_t;
  84
  85 /*
  86  *      Objects which live in maps may be either VM objects, or
  87  *      another map (called a "sharing map") which denotes read-write
  88  *      sharing with other maps.
  89  */
  90 union vm_map_object {
  91         struct vm_object *vm_object;    /* object object */
  92         struct vm_map *sub_map;         /* belongs to another map */
  93 };
  94
  95 /*
  96  *      Address map entries consist of start and end addresses,
  97  *      a VM object (or sharing map) and offset into that object,
  98  *      and user-exported inheritance and protection information.
  99  *      Also included is control information for virtual copy operations.
 100  */
 101 struct vm_map_entry {
 102         struct vm_map_entry *prev;      /* previous entry */
 103         struct vm_map_entry *next;      /* next entry */
 104         struct vm_map_entry *left;      /* left child in binary search tree */
 105         struct vm_map_entry *right;     /* right child in binary search tree */
 106         vm_offset_t start;              /* start address */
 107         vm_offset_t end;                /* end address */
 108         vm_offset_t next_read;          /* vaddr of the next sequential read */
 109         vm_size_t adj_free;             /* amount of adjacent free space */
 110         vm_size_t max_free;             /* max free space in subtree */
 111         union vm_map_object object;     /* object I point to */
 112         vm_ooffset_t offset;            /* offset into object */
 113         vm_eflags_t eflags;             /* map entry flags */
 114         vm_prot_t protection;           /* protection code */
 115         vm_prot_t max_protection;       /* maximum protection */
 116         vm_inherit_t inheritance;       /* inheritance */
 117         uint8_t read_ahead;             /* pages in the read-ahead window */
 118         int wired_count;                /* can be paged if = 0 */
 119         struct ucred *cred;             /* tmp storage for creator ref */
 120         struct thread *wiring_thread;
 121 };
 122
 123 #define MAP_ENTRY_NOSYNC                0x0001
 124 #define MAP_ENTRY_IS_SUB_MAP            0x0002
 125 #define MAP_ENTRY_COW                   0x0004
 126 #define MAP_ENTRY_NEEDS_COPY            0x0008
 127 #define MAP_ENTRY_NOFAULT               0x0010
 128 #define MAP_ENTRY_USER_WIRED            0x0020
 129
 130 #define MAP_ENTRY_BEHAV_NORMAL          0x0000  /* default behavior */
 131 #define MAP_ENTRY_BEHAV_SEQUENTIAL      0x0040  /* expect sequential access */
 132 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RANDOM          0x0080  /* expect random access */
 133 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RESERVED        0x00C0  /* future use */
 134
 135 #define MAP_ENTRY_BEHAV_MASK            0x00C0
 136
 137 #define MAP_ENTRY_IN_TRANSITION         0x0100  /* entry being changed */
 138 #define MAP_ENTRY_NEEDS_WAKEUP          0x0200  /* waiters in transition */
 139 #define MAP_ENTRY_NOCOREDUMP            0x0400  /* don't include in a core */
 140
 141 #define MAP_ENTRY_GROWS_DOWN            0x1000  /* Top-down stacks */
 142 #define MAP_ENTRY_GROWS_UP              0x2000  /* Bottom-up stacks */
 143
 144 #define MAP_ENTRY_WIRE_SKIPPED          0x4000
 145 #define MAP_ENTRY_VN_WRITECNT           0x8000  /* writeable vnode mapping */
 146 #define MAP_ENTRY_GUARD                 0x10000
 147 #define MAP_ENTRY_STACK_GAP_DN          0x20000
 148 #define MAP_ENTRY_STACK_GAP_UP          0x40000
 149 #define MAP_ENTRY_HEADER                0x80000
 150
 151 #ifdef  _KERNEL
 152 static __inline u_char
 153 vm_map_entry_behavior(vm_map_entry_t entry)
 154 {
 155         return (entry->eflags & MAP_ENTRY_BEHAV_MASK);
 156 }
 157
 158 static __inline int
 159 vm_map_entry_user_wired_count(vm_map_entry_t entry)
 160 {
 161         if (entry->eflags & MAP_ENTRY_USER_WIRED)
 162                 return (1);
 163         return (0);
 164 }
 165
 166 static __inline int
 167 vm_map_entry_system_wired_count(vm_map_entry_t entry)
 168 {
 169         return (entry->wired_count - vm_map_entry_user_wired_count(entry));
 170 }
 171 #endif  /* _KERNEL */
 172
 173 /*
 174  *      A map is a set of map entries.  These map entries are
 175  *      organized both as a binary search tree and as a doubly-linked
 176  *      list.  Both structures are ordered based upon the start and
 177  *      end addresses contained within each map entry.
 178  *
 179  *      Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm is employed to
 180  *      control height imbalance in the binary search tree.
 181  *
 182  *      The map's min offset value is stored in map->header.end, and
 183  *      its max offset value is stored in map->header.start.  These
 184  *      values act as sentinels for any forward or backward address
 185  *      scan of the list.  The map header has a special value for the
 186  *      eflags field, MAP_ENTRY_HEADER, that is set initially, is
 187  *      never changed, and prevents an eflags match of the header
 188  *      with any other map entry.
 189  *
 190  *      List of locks
 191  *      (c)     const until freed
 192  */
 193 struct vm_map {
 194         struct vm_map_entry header;     /* List of entries */
 195         struct sx lock;                 /* Lock for map data */
 196         struct mtx system_mtx;
 197         int nentries;                   /* Number of entries */
 198         vm_size_t size;                 /* virtual size */
 199         u_int timestamp;                /* Version number */
 200         u_char needs_wakeup;
 201         u_char system_map;              /* (c) Am I a system map? */
 202         vm_flags_t flags;               /* flags for this vm_map */
 203         vm_map_entry_t root;            /* Root of a binary search tree */
 204         pmap_t pmap;                    /* (c) Physical map */
 205         vm_offset_t anon_loc;
 206         int busy;
 207 };
 208
 209 /*
 210  * vm_flags_t values
 211  */
 212 #define MAP_WIREFUTURE          0x01    /* wire all future pages */
 213 #define MAP_BUSY_WAKEUP         0x02
 214 #define MAP_IS_SUB_MAP          0x04    /* has parent */
 215 #define MAP_ASLR                0x08    /* enabled ASLR */
 216 #define MAP_ASLR_IGNSTART       0x10
 217
 218 #ifdef  _KERNEL
 219 #if defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)
 220 #define vm_map_max(map)         vm_map_max_KBI((map))
 221 #define vm_map_min(map)         vm_map_min_KBI((map))
 222 #define vm_map_pmap(map)        vm_map_pmap_KBI((map))
 223 #else
 224 static __inline vm_offset_t
 225 vm_map_max(const struct vm_map *map)
 226 {
 227
 228         return (map->header.start);
 229 }
 230
 231 static __inline vm_offset_t
 232 vm_map_min(const struct vm_map *map)
 233 {
 234
 235         return (map->header.end);
 236 }
 237
 238 static __inline pmap_t
 239 vm_map_pmap(vm_map_t map)
 240 {
 241         return (map->pmap);
 242 }
 243
 244 static __inline void
 245 vm_map_modflags(vm_map_t map, vm_flags_t set, vm_flags_t clear)
 246 {
 247         map->flags = (map->flags | set) & ~clear;
 248 }
 249 #endif  /* KLD_MODULE */
 250 #endif  /* _KERNEL */
 251
 252 /*
 253  * Shareable process virtual address space.
 254  *
 255  * List of locks
 256  *      (c)     const until freed
 257  */
 258 struct vmspace {
 259         struct vm_map vm_map;   /* VM address map */
 260         struct shmmap_state *vm_shm;    /* SYS5 shared memory private data XXX */
 261         segsz_t vm_swrss;       /* resident set size before last swap */
 262         segsz_t vm_tsize;       /* text size (pages) XXX */
 263         segsz_t vm_dsize;       /* data size (pages) XXX */
 264         segsz_t vm_ssize;       /* stack size (pages) */
 265         caddr_t vm_taddr;       /* (c) user virtual address of text */
 266         caddr_t vm_daddr;       /* (c) user virtual address of data */
 267         caddr_t vm_maxsaddr;    /* user VA at max stack growth */
 268         volatile int vm_refcnt; /* number of references */
 269         /*
 270          * Keep the PMAP last, so that CPU-specific variations of that
 271          * structure on a single architecture don't result in offset
 272          * variations of the machine-independent fields in the vmspace.
 273          */
 274         struct pmap vm_pmap;    /* private physical map */
 275 };
 276
 277 #ifdef  _KERNEL
 278 static __inline pmap_t
 279 vmspace_pmap(struct vmspace *vmspace)
 280 {
 281         return &vmspace->vm_pmap;
 282 }
 283 #endif  /* _KERNEL */
 284
 285 #ifdef  _KERNEL
 286 /*
 287  *      Macros:         vm_map_lock, etc.
 288  *      Function:
 289  *              Perform locking on the data portion of a map.  Note that
 290  *              these macros mimic procedure calls returning void.  The
 291  *              semicolon is supplied by the user of these macros, not
 292  *              by the macros themselves.  The macros can safely be used
 293  *              as unbraced elements in a higher level statement.
 294  */
 295
 296 void _vm_map_lock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 297 void _vm_map_unlock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 298 int _vm_map_unlock_and_wait(vm_map_t map, int timo, const char *file, int line);
 299 void _vm_map_lock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 300 void _vm_map_unlock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 301 int _vm_map_trylock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 302 int _vm_map_trylock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 303 int _vm_map_lock_upgrade(vm_map_t map, const char *file, int line);
 304 void _vm_map_lock_downgrade(vm_map_t map, const char *file, int line);
 305 int vm_map_locked(vm_map_t map);
 306 void vm_map_wakeup(vm_map_t map);
 307 void vm_map_busy(vm_map_t map);
 308 void vm_map_unbusy(vm_map_t map);
 309 void vm_map_wait_busy(vm_map_t map);
 310 vm_offset_t vm_map_max_KBI(const struct vm_map *map);
 311 vm_offset_t vm_map_min_KBI(const struct vm_map *map);
 312 pmap_t vm_map_pmap_KBI(vm_map_t map);
 313
 314 #define vm_map_lock(map)        _vm_map_lock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 315 #define vm_map_unlock(map)      _vm_map_unlock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 316 #define vm_map_unlock_and_wait(map, timo)       \
 317                         _vm_map_unlock_and_wait(map, timo, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 318 #define vm_map_lock_read(map)   _vm_map_lock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 319 #define vm_map_unlock_read(map) _vm_map_unlock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 320 #define vm_map_trylock(map)     _vm_map_trylock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 321 #define vm_map_trylock_read(map)        \
 322                         _vm_map_trylock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 323 #define vm_map_lock_upgrade(map)        \
 324                         _vm_map_lock_upgrade(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 325 #define vm_map_lock_downgrade(map)      \
 326                         _vm_map_lock_downgrade(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 327
 328 long vmspace_resident_count(struct vmspace *vmspace);
 329 #endif  /* _KERNEL */
 330
 331
 332 /* XXX: number of kernel maps to statically allocate */
 333 #define MAX_KMAP        10
 334
 335 /*
 336  * Copy-on-write flags for vm_map operations
 337  */
 338 #define MAP_INHERIT_SHARE       0x0001
 339 #define MAP_COPY_ON_WRITE       0x0002
 340 #define MAP_NOFAULT             0x0004
 341 #define MAP_PREFAULT            0x0008
 342 #define MAP_PREFAULT_PARTIAL    0x0010
 343 #define MAP_DISABLE_SYNCER      0x0020
 344 #define MAP_CHECK_EXCL          0x0040
 345 #define MAP_CREATE_GUARD        0x0080
 346 #define MAP_DISABLE_COREDUMP    0x0100
 347 #define MAP_PREFAULT_MADVISE    0x0200  /* from (user) madvise request */
 348 #define MAP_VN_WRITECOUNT       0x0400
 349 #define MAP_REMAP               0x0800
 350 #define MAP_STACK_GROWS_DOWN    0x1000
 351 #define MAP_STACK_GROWS_UP      0x2000
 352 #define MAP_ACC_CHARGED         0x4000
 353 #define MAP_ACC_NO_CHARGE       0x8000
 354 #define MAP_CREATE_STACK_GAP_UP 0x10000
 355 #define MAP_CREATE_STACK_GAP_DN 0x20000
 356
 357 /*
 358  * vm_fault option flags
 359  */
 360 #define VM_FAULT_NORMAL 0               /* Nothing special */
 361 #define VM_FAULT_WIRE   1               /* Wire the mapped page */
 362 #define VM_FAULT_DIRTY  2               /* Dirty the page; use w/VM_PROT_COPY */
 363
 364 /*
 365  * Initially, mappings are slightly sequential.  The maximum window size must
 366  * account for the map entry's "read_ahead" field being defined as an uint8_t.
 367  */
 368 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_MIN         7
 369 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_INIT        15
 370 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_MAX         min(atop(MAXPHYS) - 1, UINT8_MAX)
 371
 372 /*
 373  * The following "find_space" options are supported by vm_map_find().
 374  *
 375  * For VMFS_ALIGNED_SPACE, the desired alignment is specified to
 376  * the macro argument as log base 2 of the desired alignment.
 377  */
 378 #define VMFS_NO_SPACE           0       /* don't find; use the given range */
 379 #define VMFS_ANY_SPACE          1       /* find a range with any alignment */
 380 #define VMFS_OPTIMAL_SPACE      2       /* find a range with optimal alignment*/
 381 #define VMFS_SUPER_SPACE        3       /* find a superpage-aligned range */
 382 #define VMFS_ALIGNED_SPACE(x)   ((x) << 8) /* find a range with fixed alignment */
 383
 384 /*
 385  * vm_map_wire and vm_map_unwire option flags
 386  */
 387 #define VM_MAP_WIRE_SYSTEM      0       /* wiring in a kernel map */
 388 #define VM_MAP_WIRE_USER        1       /* wiring in a user map */
 389
 390 #define VM_MAP_WIRE_NOHOLES     0       /* region must not have holes */
 391 #define VM_MAP_WIRE_HOLESOK     2       /* region may have holes */
 392
 393 #define VM_MAP_WIRE_WRITE       4       /* Validate writable. */
 394
 395 #ifdef _KERNEL
 396 boolean_t vm_map_check_protection (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t);
 397 vm_map_t vm_map_create(pmap_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 398 int vm_map_delete(vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 399 int vm_map_find(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t *, vm_size_t,
 400     vm_offset_t, int, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 401 int vm_map_find_min(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t *,
 402     vm_size_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 403 int vm_map_fixed(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t, vm_size_t,
 404     vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 405 int vm_map_findspace (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, vm_offset_t *);
 406 int vm_map_inherit (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_inherit_t);
 407 void vm_map_init(vm_map_t, pmap_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 408 int vm_map_insert (vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 409 int vm_map_lookup (vm_map_t *, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_map_entry_t *, vm_object_t *,
 410     vm_pindex_t *, vm_prot_t *, boolean_t *);
 411 int vm_map_lookup_locked(vm_map_t *, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_map_entry_t *, vm_object_t *,
 412     vm_pindex_t *, vm_prot_t *, boolean_t *);
 413 void vm_map_lookup_done (vm_map_t, vm_map_entry_t);
 414 boolean_t vm_map_lookup_entry (vm_map_t, vm_offset_t, vm_map_entry_t *);
 415 int vm_map_protect (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t, boolean_t);
 416 int vm_map_remove (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 417 void vm_map_simplify_entry(vm_map_t map, vm_map_entry_t entry);
 418 void vm_map_startup (void);
 419 int vm_map_submap (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_map_t);
 420 int vm_map_sync(vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, boolean_t, boolean_t);
 421 int vm_map_madvise (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int);
 422 int vm_map_stack (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 423 int vm_map_unwire(vm_map_t map, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
 424     int flags);
 425 int vm_map_wire(vm_map_t map, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
 426     int flags);
 427 long vmspace_swap_count(struct vmspace *vmspace);
 428 #endif                          /* _KERNEL */
 429 #endif                          /* _VM_MAP_ */