sys/vm/vm_pager.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_pager.c    8.6 (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  *      Paging space routine stubs.  Emulates a matchmaker-like interface
  65  *      for builtin pagers.
  66  */
  67
  68 #include <sys/cdefs.h>
  69 __FBSDID("$FreeBSD$");
  70
  71 #include "opt_param.h"
  72
  73 #include <sys/param.h>
  74 #include <sys/systm.h>
  75 #include <sys/kernel.h>
  76 #include <sys/vnode.h>
  77 #include <sys/bio.h>
  78 #include <sys/buf.h>
  79 #include <sys/ucred.h>
  80 #include <sys/malloc.h>
  81 #include <sys/rwlock.h>
  82
  83 #include <vm/vm.h>
  84 #include <vm/vm_param.h>
  85 #include <vm/vm_kern.h>
  86 #include <vm/vm_object.h>
  87 #include <vm/vm_page.h>
  88 #include <vm/vm_pager.h>
  89 #include <vm/vm_extern.h>
  90 #include <vm/uma.h>
  91
  92 uma_zone_t pbuf_zone;
  93 static int      pbuf_init(void *, int, int);
  94 static int      pbuf_ctor(void *, int, void *, int);
  95 static void     pbuf_dtor(void *, int, void *);
  96
  97 static int dead_pager_getpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int *, int *);
  98 static vm_object_t dead_pager_alloc(void *, vm_ooffset_t, vm_prot_t,
  99     vm_ooffset_t, struct ucred *);
 100 static void dead_pager_putpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int, int *);
 101 static boolean_t dead_pager_haspage(vm_object_t, vm_pindex_t, int *, int *);
 102 static void dead_pager_dealloc(vm_object_t);
 103
 104 static int
 105 dead_pager_getpages(vm_object_t obj, vm_page_t *ma, int count, int *rbehind,
 106     int *rahead)
 107 {
 108
 109         return (VM_PAGER_FAIL);
 110 }
 111
 112 static vm_object_t
 113 dead_pager_alloc(void *handle, vm_ooffset_t size, vm_prot_t prot,
 114     vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 115 {
 116
 117         return (NULL);
 118 }
 119
 120 static void
 121 dead_pager_putpages(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count,
 122     int flags, int *rtvals)
 123 {
 124         int i;
 125
 126         for (i = 0; i < count; i++)
 127                 rtvals[i] = VM_PAGER_AGAIN;
 128 }
 129
 130 static int
 131 dead_pager_haspage(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int *prev, int *next)
 132 {
 133
 134         if (prev != NULL)
 135                 *prev = 0;
 136         if (next != NULL)
 137                 *next = 0;
 138         return (FALSE);
 139 }
 140
 141 static void
 142 dead_pager_dealloc(vm_object_t object)
 143 {
 144
 145 }
 146
 147 static struct pagerops deadpagerops = {
 148         .pgo_alloc =    dead_pager_alloc,
 149         .pgo_dealloc =  dead_pager_dealloc,
 150         .pgo_getpages = dead_pager_getpages,
 151         .pgo_putpages = dead_pager_putpages,
 152         .pgo_haspage =  dead_pager_haspage,
 153 };
 154
 155 struct pagerops *pagertab[] = {
 156         &defaultpagerops,       /* OBJT_DEFAULT */
 157         &swappagerops,          /* OBJT_SWAP */
 158         &vnodepagerops,         /* OBJT_VNODE */
 159         &devicepagerops,        /* OBJT_DEVICE */
 160         &physpagerops,          /* OBJT_PHYS */
 161         &deadpagerops,          /* OBJT_DEAD */
 162         &sgpagerops,            /* OBJT_SG */
 163         &mgtdevicepagerops,     /* OBJT_MGTDEVICE */
 164 };
 165
 166 /*
 167  * Kernel address space for mapping pages.
 168  * Used by pagers where KVAs are needed for IO.
 169  *
 170  * XXX needs to be large enough to support the number of pending async
 171  * cleaning requests (NPENDINGIO == 64) * the maximum swap cluster size
 172  * (MAXPHYS == 64k) if you want to get the most efficiency.
 173  */
 174 vm_offset_t swapbkva;           /* swap buffers kva */
 175
 176 void
 177 vm_pager_init(void)
 178 {
 179         struct pagerops **pgops;
 180
 181         /*
 182          * Initialize known pagers
 183          */
 184         for (pgops = pagertab; pgops < &pagertab[nitems(pagertab)]; pgops++)
 185                 if ((*pgops)->pgo_init != NULL)
 186                         (*(*pgops)->pgo_init)();
 187 }
 188
 189 static int nswbuf_max;
 190
 191 void
 192 vm_pager_bufferinit(void)
 193 {
 194
 195         /* Main zone for paging bufs. */
 196         pbuf_zone = uma_zcreate("pbuf", sizeof(struct buf),
 197             pbuf_ctor, pbuf_dtor, pbuf_init, NULL, UMA_ALIGN_CACHE,
 198             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
 199         /* Few systems may still use this zone directly, so it needs a limit. */
 200         nswbuf_max += uma_zone_set_max(pbuf_zone, NSWBUF_MIN);
 201 }
 202
 203 uma_zone_t
 204 pbuf_zsecond_create(char *name, int max)
 205 {
 206         uma_zone_t zone;
 207
 208         zone = uma_zsecond_create(name, pbuf_ctor, pbuf_dtor, NULL, NULL,
 209             pbuf_zone);
 210         /*
 211          * uma_prealloc() rounds up to items per slab. If we would prealloc
 212          * immediately on every pbuf_zsecond_create(), we may accumulate too
 213          * much of difference between hard limit and prealloced items, which
 214          * means wasted memory.
 215          */
 216         if (nswbuf_max > 0)
 217                 nswbuf_max += uma_zone_set_max(zone, max);
 218         else
 219                 uma_prealloc(pbuf_zone, uma_zone_set_max(zone, max));
 220
 221         return (zone);
 222 }
 223
 224 static void
 225 pbuf_prealloc(void *arg __unused)
 226 {
 227
 228         uma_prealloc(pbuf_zone, nswbuf_max);
 229         nswbuf_max = -1;
 230 }
 231
 232 SYSINIT(pbuf, SI_SUB_KTHREAD_BUF, SI_ORDER_ANY, pbuf_prealloc, NULL);
 233
 234 /*
 235  * Allocate an instance of a pager of the given type.
 236  * Size, protection and offset parameters are passed in for pagers that
 237  * need to perform page-level validation (e.g. the device pager).
 238  */
 239 vm_object_t
 240 vm_pager_allocate(objtype_t type, void *handle, vm_ooffset_t size,
 241     vm_prot_t prot, vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 242 {
 243         vm_object_t ret;
 244         struct pagerops *ops;
 245
 246         ops = pagertab[type];
 247         if (ops)
 248                 ret = (*ops->pgo_alloc)(handle, size, prot, off, cred);
 249         else
 250                 ret = NULL;
 251         return (ret);
 252 }
 253
 254 /*
 255  *      The object must be locked.
 256  */
 257 void
 258 vm_pager_deallocate(vm_object_t object)
 259 {
 260
 261         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 262         (*pagertab[object->type]->pgo_dealloc) (object);
 263 }
 264
 265 static void
 266 vm_pager_assert_in(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count)
 267 {
 268 #ifdef INVARIANTS
 269
 270         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 271         KASSERT(count > 0, ("%s: 0 count", __func__));
 272         /*
 273          * All pages must be busied, not mapped, not fully valid,
 274          * not dirty and belong to the proper object.
 275          */
 276         for (int i = 0 ; i < count; i++) {
 277                 if (m[i] == bogus_page)
 278                         continue;
 279                 vm_page_assert_xbusied(m[i]);
 280                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m[i]),
 281                     ("%s: page %p is mapped", __func__, m[i]));
 282                 KASSERT(m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL,
 283                     ("%s: request for a valid page %p", __func__, m[i]));
 284                 KASSERT(m[i]->dirty == 0,
 285                     ("%s: page %p is dirty", __func__, m[i]));
 286                 KASSERT(m[i]->object == object,
 287                     ("%s: wrong object %p/%p", __func__, object, m[i]->object));
 288         }
 289 #endif
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Page in the pages for the object using its associated pager.
 294  * The requested page must be fully valid on successful return.
 295  */
 296 int
 297 vm_pager_get_pages(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count, int *rbehind,
 298     int *rahead)
 299 {
 300 #ifdef INVARIANTS
 301         vm_pindex_t pindex = m[0]->pindex;
 302 #endif
 303         int r;
 304
 305         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 306
 307         r = (*pagertab[object->type]->pgo_getpages)(object, m, count, rbehind,
 308             rahead);
 309         if (r != VM_PAGER_OK)
 310                 return (r);
 311
 312         for (int i = 0; i < count; i++) {
 313                 /*
 314                  * If pager has replaced a page, assert that it had
 315                  * updated the array.
 316                  */
 317                 KASSERT(m[i] == vm_page_lookup(object, pindex++),
 318                     ("%s: mismatch page %p pindex %ju", __func__,
 319                     m[i], (uintmax_t )pindex - 1));
 320                 /*
 321                  * Zero out partially filled data.
 322                  */
 323                 if (m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
 324                         vm_page_zero_invalid(m[i], TRUE);
 325         }
 326         return (VM_PAGER_OK);
 327 }
 328
 329 int
 330 vm_pager_get_pages_async(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count,
 331     int *rbehind, int *rahead, pgo_getpages_iodone_t iodone, void *arg)
 332 {
 333
 334         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 335
 336         return ((*pagertab[object->type]->pgo_getpages_async)(object, m,
 337             count, rbehind, rahead, iodone, arg));
 338 }
 339
 340 /*
 341  * vm_pager_put_pages() - inline, see vm/vm_pager.h
 342  * vm_pager_has_page() - inline, see vm/vm_pager.h
 343  */
 344
 345 /*
 346  * Search the specified pager object list for an object with the
 347  * specified handle.  If an object with the specified handle is found,
 348  * increase its reference count and return it.  Otherwise, return NULL.
 349  *
 350  * The pager object list must be locked.
 351  */
 352 vm_object_t
 353 vm_pager_object_lookup(struct pagerlst *pg_list, void *handle)
 354 {
 355         vm_object_t object;
 356
 357         TAILQ_FOREACH(object, pg_list, pager_object_list) {
 358                 if (object->handle == handle) {
 359                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 360                         if ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0) {
 361                                 vm_object_reference_locked(object);
 362                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 363                                 break;
 364                         }
 365                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 366                 }
 367         }
 368         return (object);
 369 }
 370
 371 static int
 372 pbuf_ctor(void *mem, int size, void *arg, int flags)
 373 {
 374         struct buf *bp = mem;
 375
 376         bp->b_vp = NULL;
 377         bp->b_bufobj = NULL;
 378
 379         /* copied from initpbuf() */
 380         bp->b_rcred = NOCRED;
 381         bp->b_wcred = NOCRED;
 382         bp->b_qindex = 0;       /* On no queue (QUEUE_NONE) */
 383         bp->b_data = bp->b_kvabase;
 384         bp->b_xflags = 0;
 385         bp->b_flags = 0;
 386         bp->b_ioflags = 0;
 387         bp->b_iodone = NULL;
 388         bp->b_error = 0;
 389         BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE, NULL);
 390
 391         return (0);
 392 }
 393
 394 static void
 395 pbuf_dtor(void *mem, int size, void *arg)
 396 {
 397         struct buf *bp = mem;
 398
 399         if (bp->b_rcred != NOCRED) {
 400                 crfree(bp->b_rcred);
 401                 bp->b_rcred = NOCRED;
 402         }
 403         if (bp->b_wcred != NOCRED) {
 404                 crfree(bp->b_wcred);
 405                 bp->b_wcred = NOCRED;
 406         }
 407
 408         BUF_UNLOCK(bp);
 409 }
 410
 411 static int
 412 pbuf_init(void *mem, int size, int flags)
 413 {
 414         struct buf *bp = mem;
 415
 416         bp->b_kvabase = (void *)kva_alloc(MAXPHYS);
 417         if (bp->b_kvabase == NULL)
 418                 return (ENOMEM);
 419         bp->b_kvasize = MAXPHYS;
 420         BUF_LOCKINIT(bp);
 421         LIST_INIT(&bp->b_dep);
 422         bp->b_rcred = bp->b_wcred = NOCRED;
 423         bp->b_xflags = 0;
 424
 425         return (0);
 426 }
 427
 428 /*
 429  * Associate a p-buffer with a vnode.
 430  *
 431  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 432  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 433  * ref-counted.
 434  */
 435 void
 436 pbgetvp(struct vnode *vp, struct buf *bp)
 437 {
 438
 439         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetvp: not free"));
 440         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetvp: not free (bufobj)"));
 441
 442         bp->b_vp = vp;
 443         bp->b_flags |= B_PAGING;
 444         bp->b_bufobj = &vp->v_bufobj;
 445 }
 446
 447 /*
 448  * Associate a p-buffer with a vnode.
 449  *
 450  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 451  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 452  * ref-counted.
 453  */
 454 void
 455 pbgetbo(struct bufobj *bo, struct buf *bp)
 456 {
 457
 458         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetbo: not free (vnode)"));
 459         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetbo: not free (bufobj)"));
 460
 461         bp->b_flags |= B_PAGING;
 462         bp->b_bufobj = bo;
 463 }
 464
 465 /*
 466  * Disassociate a p-buffer from a vnode.
 467  */
 468 void
 469 pbrelvp(struct buf *bp)
 470 {
 471
 472         KASSERT(bp->b_vp != NULL, ("pbrelvp: NULL"));
 473         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelvp: NULL bufobj"));
 474         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 475             ("pbrelvp: pager buf on vnode list."));
 476
 477         bp->b_vp = NULL;
 478         bp->b_bufobj = NULL;
 479         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 480 }
 481
 482 /*
 483  * Disassociate a p-buffer from a bufobj.
 484  */
 485 void
 486 pbrelbo(struct buf *bp)
 487 {
 488
 489         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbrelbo: vnode"));
 490         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelbo: NULL bufobj"));
 491         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 492             ("pbrelbo: pager buf on vnode list."));
 493
 494         bp->b_bufobj = NULL;
 495         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 496 }