sys/vm/vm_pager.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  *      from: @(#)vm_pager.c    8.6 (Berkeley) 1/12/94
  37  *
  38  *
  39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  40  * All rights reserved.
  41  *
  42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  43  *
  44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  49  *
  50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  53  *
  54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  55  *
  56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  57  *  School of Computer Science
  58  *  Carnegie Mellon University
  59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  60  *
  61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  62  * rights to redistribute these changes.
  63  *
  64  * $FreeBSD$
  65  */
  66
  67 /*
  68  *      Paging space routine stubs.  Emulates a matchmaker-like interface
  69  *      for builtin pagers.
  70  */
  71
  72 #include <sys/param.h>
  73 #include <sys/systm.h>
  74 #include <sys/kernel.h>
  75 #include <sys/vnode.h>
  76 #include <sys/buf.h>
  77 #include <sys/ucred.h>
  78 #include <sys/malloc.h>
  79 #include <sys/proc.h>
  80
  81 #include <vm/vm.h>
  82 #include <vm/vm_param.h>
  83 #include <vm/vm_object.h>
  84 #include <vm/vm_page.h>
  85 #include <vm/vm_pager.h>
  86 #include <vm/vm_extern.h>
  87
  88 MALLOC_DEFINE(M_VMPGDATA, "VM pgdata", "XXX: VM pager private data");
  89
  90 extern struct pagerops defaultpagerops;
  91 extern struct pagerops swappagerops;
  92 extern struct pagerops vnodepagerops;
  93 extern struct pagerops devicepagerops;
  94
  95 int cluster_pbuf_freecnt = -1;  /* unlimited to begin with */
  96
  97 static int dead_pager_getpages __P((vm_object_t, vm_page_t *, int, int));
  98 static vm_object_t dead_pager_alloc __P((void *, vm_ooffset_t, vm_prot_t,
  99         vm_ooffset_t));
 100 static void dead_pager_putpages __P((vm_object_t, vm_page_t *, int, int, int *));
 101 static boolean_t dead_pager_haspage __P((vm_object_t, vm_pindex_t, int *, int *));
 102 static void dead_pager_dealloc __P((vm_object_t));
 103
 104 static int
 105 dead_pager_getpages(obj, ma, count, req)
 106         vm_object_t obj;
 107         vm_page_t *ma;
 108         int count;
 109         int req;
 110 {
 111         return VM_PAGER_FAIL;
 112 }
 113
 114 static vm_object_t
 115 dead_pager_alloc(handle, size, prot, off)
 116         void *handle;
 117         vm_ooffset_t size;
 118         vm_prot_t prot;
 119         vm_ooffset_t off;
 120 {
 121         return NULL;
 122 }
 123
 124 static void
 125 dead_pager_putpages(object, m, count, flags, rtvals)
 126         vm_object_t object;
 127         vm_page_t *m;
 128         int count;
 129         int flags;
 130         int *rtvals;
 131 {
 132         int i;
 133
 134         for (i = 0; i < count; i++) {
 135                 rtvals[i] = VM_PAGER_AGAIN;
 136         }
 137 }
 138
 139 static int
 140 dead_pager_haspage(object, pindex, prev, next)
 141         vm_object_t object;
 142         vm_pindex_t pindex;
 143         int *prev;
 144         int *next;
 145 {
 146         if (prev)
 147                 *prev = 0;
 148         if (next)
 149                 *next = 0;
 150         return FALSE;
 151 }
 152
 153 static void
 154 dead_pager_dealloc(object)
 155         vm_object_t object;
 156 {
 157         return;
 158 }
 159
 160 static struct pagerops deadpagerops = {
 161         NULL,
 162         dead_pager_alloc,
 163         dead_pager_dealloc,
 164         dead_pager_getpages,
 165         dead_pager_putpages,
 166         dead_pager_haspage,
 167         NULL
 168 };
 169
 170 struct pagerops *pagertab[] = {
 171         &defaultpagerops,       /* OBJT_DEFAULT */
 172         &swappagerops,          /* OBJT_SWAP */
 173         &vnodepagerops,         /* OBJT_VNODE */
 174         &devicepagerops,        /* OBJT_DEVICE */
 175         &deadpagerops           /* OBJT_DEAD */
 176 };
 177
 178 int npagers = sizeof(pagertab) / sizeof(pagertab[0]);
 179
 180 /*
 181  * Kernel address space for mapping pages.
 182  * Used by pagers where KVAs are needed for IO.
 183  *
 184  * XXX needs to be large enough to support the number of pending async
 185  * cleaning requests (NPENDINGIO == 64) * the maximum swap cluster size
 186  * (MAXPHYS == 64k) if you want to get the most efficiency.
 187  */
 188 #define PAGER_MAP_SIZE  (8 * 1024 * 1024)
 189
 190 int pager_map_size = PAGER_MAP_SIZE;
 191 vm_map_t pager_map;
 192 static int bswneeded;
 193 static vm_offset_t swapbkva;            /* swap buffers kva */
 194
 195 void
 196 vm_pager_init()
 197 {
 198         struct pagerops **pgops;
 199
 200         /*
 201          * Initialize known pagers
 202          */
 203         for (pgops = pagertab; pgops < &pagertab[npagers]; pgops++)
 204                 if (pgops && ((*pgops)->pgo_init != NULL))
 205                         (*(*pgops)->pgo_init) ();
 206 }
 207
 208 void
 209 vm_pager_bufferinit()
 210 {
 211         struct buf *bp;
 212         int i;
 213
 214         bp = swbuf;
 215         /*
 216          * Now set up swap and physical I/O buffer headers.
 217          */
 218         for (i = 0; i < nswbuf; i++, bp++) {
 219                 TAILQ_INSERT_HEAD(&bswlist, bp, b_freelist);
 220                 BUF_LOCKINIT(bp);
 221                 LIST_INIT(&bp->b_dep);
 222                 bp->b_rcred = bp->b_wcred = NOCRED;
 223                 bp->b_xflags = 0;
 224         }
 225
 226         cluster_pbuf_freecnt = nswbuf / 2;
 227
 228         swapbkva = kmem_alloc_pageable(pager_map, nswbuf * MAXPHYS);
 229         if (!swapbkva)
 230                 panic("Not enough pager_map VM space for physical buffers");
 231 }
 232
 233 /*
 234  * Allocate an instance of a pager of the given type.
 235  * Size, protection and offset parameters are passed in for pagers that
 236  * need to perform page-level validation (e.g. the device pager).
 237  */
 238 vm_object_t
 239 vm_pager_allocate(objtype_t type, void *handle, vm_ooffset_t size, vm_prot_t prot,
 240                   vm_ooffset_t off)
 241 {
 242         struct pagerops *ops;
 243
 244         ops = pagertab[type];
 245         if (ops)
 246                 return ((*ops->pgo_alloc) (handle, size, prot, off));
 247         return (NULL);
 248 }
 249
 250 void
 251 vm_pager_deallocate(object)
 252         vm_object_t object;
 253 {
 254         (*pagertab[object->type]->pgo_dealloc) (object);
 255 }
 256
 257 /*
 258  *      vm_pager_strategy:
 259  *
 260  *      called with no specific spl
 261  *      Execute strategy routine directly to pager.
 262  */
 263
 264 void
 265 vm_pager_strategy(vm_object_t object, struct buf *bp)
 266 {
 267         if (pagertab[object->type]->pgo_strategy) {
 268             (*pagertab[object->type]->pgo_strategy)(object, bp);
 269         } else {
 270                 bp->b_flags |= B_ERROR;
 271                 bp->b_error = ENXIO;
 272                 biodone(bp);
 273         }
 274 }
 275
 276 /*
 277  * vm_pager_get_pages() - inline, see vm/vm_pager.h
 278  * vm_pager_put_pages() - inline, see vm/vm_pager.h
 279  * vm_pager_has_page() - inline, see vm/vm_pager.h
 280  * vm_pager_page_inserted() - inline, see vm/vm_pager.h
 281  * vm_pager_page_removed() - inline, see vm/vm_pager.h
 282  */
 283
 284 #if 0
 285 /*
 286  *      vm_pager_sync:
 287  *
 288  *      Called by pageout daemon before going back to sleep.
 289  *      Gives pagers a chance to clean up any completed async pageing
 290  *      operations.
 291  */
 292 void
 293 vm_pager_sync()
 294 {
 295         struct pagerops **pgops;
 296
 297         for (pgops = pagertab; pgops < &pagertab[npagers]; pgops++)
 298                 if (pgops && ((*pgops)->pgo_sync != NULL))
 299                         (*(*pgops)->pgo_sync) ();
 300 }
 301
 302 #endif
 303
 304 vm_offset_t
 305 vm_pager_map_page(m)
 306         vm_page_t m;
 307 {
 308         vm_offset_t kva;
 309
 310         kva = kmem_alloc_wait(pager_map, PAGE_SIZE);
 311         pmap_kenter(kva, VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 312         return (kva);
 313 }
 314
 315 void
 316 vm_pager_unmap_page(kva)
 317         vm_offset_t kva;
 318 {
 319         pmap_kremove(kva);
 320         kmem_free_wakeup(pager_map, kva, PAGE_SIZE);
 321 }
 322
 323 vm_object_t
 324 vm_pager_object_lookup(pg_list, handle)
 325         register struct pagerlst *pg_list;
 326         void *handle;
 327 {
 328         register vm_object_t object;
 329
 330         for (object = TAILQ_FIRST(pg_list); object != NULL; object = TAILQ_NEXT(object,pager_object_list))
 331                 if (object->handle == handle)
 332                         return (object);
 333         return (NULL);
 334 }
 335
 336 /*
 337  * initialize a physical buffer
 338  */
 339
 340 static void
 341 initpbuf(struct buf *bp)
 342 {
 343         bp->b_rcred = NOCRED;
 344         bp->b_wcred = NOCRED;
 345         bp->b_qindex = QUEUE_NONE;
 346         bp->b_data = (caddr_t) (MAXPHYS * (bp - swbuf)) + swapbkva;
 347         bp->b_kvabase = bp->b_data;
 348         bp->b_kvasize = MAXPHYS;
 349         bp->b_xflags = 0;
 350         bp->b_flags = 0;
 351         bp->b_error = 0;
 352         BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE);
 353 }
 354
 355 /*
 356  * allocate a physical buffer
 357  *
 358  *      There are a limited number (nswbuf) of physical buffers.  We need
 359  *      to make sure that no single subsystem is able to hog all of them,
 360  *      so each subsystem implements a counter which is typically initialized
 361  *      to 1/2 nswbuf.  getpbuf() decrements this counter in allocation and
 362  *      increments it on release, and blocks if the counter hits zero.  A
 363  *      subsystem may initialize the counter to -1 to disable the feature,
 364  *      but it must still be sure to match up all uses of getpbuf() with
 365  *      relpbuf() using the same variable.
 366  *
 367  *      NOTE: pfreecnt can be NULL, but this 'feature' will be removed
 368  *      relatively soon when the rest of the subsystems get smart about it. XXX
 369  */
 370 struct buf *
 371 getpbuf(pfreecnt)
 372         int *pfreecnt;
 373 {
 374         int s;
 375         struct buf *bp;
 376
 377         s = splvm();
 378
 379         for (;;) {
 380                 if (pfreecnt) {
 381                         while (*pfreecnt == 0) {
 382                                 tsleep(pfreecnt, PVM, "wswbuf0", 0);
 383                         }
 384                 }
 385
 386                 /* get a bp from the swap buffer header pool */
 387                 if ((bp = TAILQ_FIRST(&bswlist)) != NULL)
 388                         break;
 389
 390                 bswneeded = 1;
 391                 tsleep(&bswneeded, PVM, "wswbuf1", 0);
 392                 /* loop in case someone else grabbed one */
 393         }
 394         TAILQ_REMOVE(&bswlist, bp, b_freelist);
 395         if (pfreecnt)
 396                 --*pfreecnt;
 397         splx(s);
 398
 399         initpbuf(bp);
 400         return bp;
 401 }
 402
 403 /*
 404  * allocate a physical buffer, if one is available.
 405  *
 406  *      Note that there is no NULL hack here - all subsystems using this
 407  *      call understand how to use pfreecnt.
 408  */
 409 struct buf *
 410 trypbuf(pfreecnt)
 411         int *pfreecnt;
 412 {
 413         int s;
 414         struct buf *bp;
 415
 416         s = splvm();
 417         if (*pfreecnt == 0 || (bp = TAILQ_FIRST(&bswlist)) == NULL) {
 418                 splx(s);
 419                 return NULL;
 420         }
 421         TAILQ_REMOVE(&bswlist, bp, b_freelist);
 422
 423         --*pfreecnt;
 424
 425         splx(s);
 426
 427         initpbuf(bp);
 428
 429         return bp;
 430 }
 431
 432 /*
 433  * release a physical buffer
 434  *
 435  *      NOTE: pfreecnt can be NULL, but this 'feature' will be removed
 436  *      relatively soon when the rest of the subsystems get smart about it. XXX
 437  */
 438 void
 439 relpbuf(bp, pfreecnt)
 440         struct buf *bp;
 441         int *pfreecnt;
 442 {
 443         int s;
 444
 445         s = splvm();
 446
 447         if (bp->b_rcred != NOCRED) {
 448                 crfree(bp->b_rcred);
 449                 bp->b_rcred = NOCRED;
 450         }
 451         if (bp->b_wcred != NOCRED) {
 452                 crfree(bp->b_wcred);
 453                 bp->b_wcred = NOCRED;
 454         }
 455
 456         if (bp->b_vp)
 457                 pbrelvp(bp);
 458
 459         BUF_UNLOCK(bp);
 460
 461         TAILQ_INSERT_HEAD(&bswlist, bp, b_freelist);
 462
 463         if (bswneeded) {
 464                 bswneeded = 0;
 465                 wakeup(&bswneeded);
 466         }
 467         if (pfreecnt) {
 468                 if (++*pfreecnt == 1)
 469                         wakeup(pfreecnt);
 470         }
 471         splx(s);
 472 }
 473
 474 /********************************************************
 475  *              CHAINING FUNCTIONS                      *
 476  ********************************************************
 477  *
 478  *      These functions support recursion of I/O operations
 479  *      on bp's, typically by chaining one or more 'child' bp's
 480  *      to the parent.  Synchronous, asynchronous, and semi-synchronous
 481  *      chaining is possible.
 482  */
 483
 484 /*
 485  *      vm_pager_chain_iodone:
 486  *
 487  *      io completion routine for child bp.  Currently we fudge a bit
 488  *      on dealing with b_resid.   Since users of these routines may issue
 489  *      multiple children simultaniously, sequencing of the error can be lost.
 490  */
 491
 492 static void
 493 vm_pager_chain_iodone(struct buf *nbp)
 494 {
 495         struct buf *bp;
 496
 497         if ((bp = nbp->b_chain.parent) != NULL) {
 498                 if (nbp->b_flags & B_ERROR) {
 499                         bp->b_flags |= B_ERROR;
 500                         bp->b_error = nbp->b_error;
 501                 } else if (nbp->b_resid != 0) {
 502                         bp->b_flags |= B_ERROR;
 503                         bp->b_error = EINVAL;
 504                 } else {
 505                         bp->b_resid -= nbp->b_bcount;
 506                 }
 507                 nbp->b_chain.parent = NULL;
 508                 --bp->b_chain.count;
 509                 if (bp->b_flags & B_WANT) {
 510                         bp->b_flags &= ~B_WANT;
 511                         wakeup(bp);
 512                 }
 513                 if (!bp->b_chain.count && (bp->b_flags & B_AUTOCHAINDONE)) {
 514                         bp->b_flags &= ~B_AUTOCHAINDONE;
 515                         if (bp->b_resid != 0 && !(bp->b_flags & B_ERROR)) {
 516                                 bp->b_flags |= B_ERROR;
 517                                 bp->b_error = EINVAL;
 518                         }
 519                         biodone(bp);
 520                 }
 521         }
 522         nbp->b_flags |= B_DONE;
 523         nbp->b_flags &= ~B_ASYNC;
 524         relpbuf(nbp, NULL);
 525 }
 526
 527 /*
 528  *      getchainbuf:
 529  *
 530  *      Obtain a physical buffer and chain it to its parent buffer.  When
 531  *      I/O completes, the parent buffer will be B_SIGNAL'd.  Errors are
 532  *      automatically propogated to the parent
 533  *
 534  *      Since these are brand new buffers, we do not have to clear B_INVAL
 535  *      and B_ERROR because they are already clear.
 536  */
 537
 538 struct buf *
 539 getchainbuf(struct buf *bp, struct vnode *vp, int flags)
 540 {
 541         struct buf *nbp = getpbuf(NULL);
 542
 543         nbp->b_chain.parent = bp;
 544         ++bp->b_chain.count;
 545
 546         if (bp->b_chain.count > 4)
 547                 waitchainbuf(bp, 4, 0);
 548
 549         nbp->b_flags = B_CALL | (bp->b_flags & B_ORDERED) | flags;
 550         nbp->b_rcred = nbp->b_wcred = proc0.p_ucred;
 551         nbp->b_iodone = vm_pager_chain_iodone;
 552
 553         crhold(nbp->b_rcred);
 554         crhold(nbp->b_wcred);
 555
 556         if (vp)
 557                 pbgetvp(vp, nbp);
 558         return(nbp);
 559 }
 560
 561 void
 562 flushchainbuf(struct buf *nbp)
 563 {
 564         if (nbp->b_bcount) {
 565                 nbp->b_bufsize = nbp->b_bcount;
 566                 if ((nbp->b_flags & B_READ) == 0)
 567                         nbp->b_dirtyend = nbp->b_bcount;
 568                 BUF_KERNPROC(nbp);
 569                 VOP_STRATEGY(nbp->b_vp, nbp);
 570         } else {
 571                 biodone(nbp);
 572         }
 573 }
 574
 575 void
 576 waitchainbuf(struct buf *bp, int count, int done)
 577 {
 578         int s;
 579
 580         s = splbio();
 581         while (bp->b_chain.count > count) {
 582                 bp->b_flags |= B_WANT;
 583                 tsleep(bp, PRIBIO + 4, "bpchain", 0);
 584         }
 585         if (done) {
 586                 if (bp->b_resid != 0 && !(bp->b_flags & B_ERROR)) {
 587                         bp->b_flags |= B_ERROR;
 588                         bp->b_error = EINVAL;
 589                 }
 590                 biodone(bp);
 591         }
 592         splx(s);
 593 }
 594
 595 void
 596 autochaindone(struct buf *bp)
 597 {
 598         int s;
 599
 600         s = splbio();
 601         if (bp->b_chain.count == 0)
 602                 biodone(bp);
 603         else
 604                 bp->b_flags |= B_AUTOCHAINDONE;
 605         splx(s);
 606 }
 607