sys/vm/vm_contig.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * 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  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  33  */
  34
  35 /*-
  36  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  37  * All rights reserved.
  38  *
  39  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  40  *
  41  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  42  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  43  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  44  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  45  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  46  *
  47  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  48  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  49  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  50  *
  51  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  52  *
  53  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  54  *  School of Computer Science
  55  *  Carnegie Mellon University
  56  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  57  *
  58  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  59  * rights to redistribute these changes.
  60  */
  61
  62 #include <sys/cdefs.h>
  63 __FBSDID("$FreeBSD$");
  64
  65 #include <sys/param.h>
  66 #include <sys/systm.h>
  67 #include <sys/eventhandler.h>
  68 #include <sys/lock.h>
  69 #include <sys/malloc.h>
  70 #include <sys/mount.h>
  71 #include <sys/mutex.h>
  72 #include <sys/proc.h>
  73 #include <sys/kernel.h>
  74 #include <sys/sysctl.h>
  75 #include <sys/vmmeter.h>
  76 #include <sys/vnode.h>
  77
  78 #include <vm/vm.h>
  79 #include <vm/vm_param.h>
  80 #include <vm/vm_kern.h>
  81 #include <vm/pmap.h>
  82 #include <vm/vm_map.h>
  83 #include <vm/vm_object.h>
  84 #include <vm/vm_page.h>
  85 #include <vm/vm_pageout.h>
  86 #include <vm/vm_pager.h>
  87 #include <vm/vm_phys.h>
  88 #include <vm/vm_extern.h>
  89
  90 static int
  91 vm_contig_launder_page(vm_page_t m, vm_page_t *next, int tries)
  92 {
  93         vm_object_t object;
  94         vm_page_t m_tmp;
  95         struct vnode *vp;
  96         struct mount *mp;
  97         int vfslocked;
  98
  99         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
 100         if (!vm_pageout_page_lock(m, next) || m->hold_count != 0) {
 101                 vm_page_unlock(m);
 102                 return (EAGAIN);
 103         }
 104         object = m->object;
 105         if (!VM_OBJECT_TRYLOCK(object) &&
 106             (!vm_pageout_fallback_object_lock(m, next) || m->hold_count != 0)) {
 107                 vm_page_unlock(m);
 108                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 109                 return (EAGAIN);
 110         }
 111         if ((m->oflags & VPO_BUSY) != 0 || m->busy != 0) {
 112                 if (tries == 0) {
 113                         vm_page_unlock(m);
 114                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 115                         return (EAGAIN);
 116                 }
 117                 vm_page_sleep(m, "vpctw0");
 118                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 119                 vm_page_lock_queues();
 120                 return (EBUSY);
 121         }
 122         vm_page_test_dirty(m);
 123         if (m->dirty == 0)
 124                 pmap_remove_all(m);
 125         if (m->dirty != 0) {
 126                 vm_page_unlock(m);
 127                 if (tries == 0 || (object->flags & OBJ_DEAD) != 0) {
 128                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 129                         return (EAGAIN);
 130                 }
 131                 if (object->type == OBJT_VNODE) {
 132                         vm_page_unlock_queues();
 133                         vp = object->handle;
 134                         vm_object_reference_locked(object);
 135                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 136                         (void) vn_start_write(vp, &mp, V_WAIT);
 137                         vfslocked = VFS_LOCK_GIANT(vp->v_mount);
 138                         vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
 139                         VM_OBJECT_LOCK(object);
 140                         vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 141                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 142                         VOP_UNLOCK(vp, 0);
 143                         VFS_UNLOCK_GIANT(vfslocked);
 144                         vm_object_deallocate(object);
 145                         vn_finished_write(mp);
 146                         vm_page_lock_queues();
 147                         return (0);
 148                 } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 149                            object->type == OBJT_DEFAULT) {
 150                         vm_page_unlock_queues();
 151                         m_tmp = m;
 152                         vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, VM_PAGER_PUT_SYNC, 0,
 153                             NULL, NULL);
 154                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 155                         vm_page_lock_queues();
 156                         return (0);
 157                 }
 158         } else {
 159                 vm_page_cache(m);
 160                 vm_page_unlock(m);
 161         }
 162         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 163         return (EAGAIN);
 164 }
 165
 166 static int
 167 vm_contig_launder(int queue, int tries, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high)
 168 {
 169         vm_page_t m, next;
 170         vm_paddr_t pa;
 171         int error;
 172
 173         TAILQ_FOREACH_SAFE(m, &vm_page_queues[queue].pl, pageq, next) {
 174                 KASSERT(m->queue == queue,
 175                     ("vm_contig_launder: page %p's queue is not %d", m, queue));
 176                 if ((m->flags & PG_MARKER) != 0)
 177                         continue;
 178                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
 179                 if (pa < low || pa + PAGE_SIZE > high)
 180                         continue;
 181                 error = vm_contig_launder_page(m, &next, tries);
 182                 if (error == 0)
 183                         return (TRUE);
 184                 if (error == EBUSY)
 185                         return (FALSE);
 186         }
 187         return (FALSE);
 188 }
 189
 190 /*
 191  *      Frees the given physically contiguous pages.
 192  *
 193  *      N.B.: Any pages with PG_ZERO set must, in fact, be zero filled.
 194  */
 195 static void
 196 vm_page_release_contig(vm_page_t m, vm_pindex_t count)
 197 {
 198
 199         while (count--) {
 200                 /* Leave PG_ZERO unchanged. */
 201                 vm_page_free_toq(m);
 202                 m++;
 203         }
 204 }
 205
 206 /*
 207  * Increase the number of cached pages.  The specified value, "tries",
 208  * determines which categories of pages are cached:
 209  *
 210  *  0: All clean, inactive pages within the specified physical address range
 211  *     are cached.  Will not sleep.
 212  *  1: The vm_lowmem handlers are called.  All inactive pages within
 213  *     the specified physical address range are cached.  May sleep.
 214  *  2: The vm_lowmem handlers are called.  All inactive and active pages
 215  *     within the specified physical address range are cached.  May sleep.
 216  */
 217 void
 218 vm_contig_grow_cache(int tries, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high)
 219 {
 220         int actl, actmax, inactl, inactmax;
 221
 222         if (tries > 0) {
 223                 /*
 224                  * Decrease registered cache sizes.  The vm_lowmem handlers
 225                  * may acquire locks and/or sleep, so they can only be invoked
 226                  * when "tries" is greater than zero.
 227                  */
 228                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, 0);
 229
 230                 /*
 231                  * We do this explicitly after the caches have been drained
 232                  * above.
 233                  */
 234                 uma_reclaim();
 235         }
 236         vm_page_lock_queues();
 237         inactl = 0;
 238         inactmax = cnt.v_inactive_count;
 239         actl = 0;
 240         actmax = tries < 2 ? 0 : cnt.v_active_count;
 241 again:
 242         if (inactl < inactmax && vm_contig_launder(PQ_INACTIVE, tries, low,
 243             high)) {
 244                 inactl++;
 245                 goto again;
 246         }
 247         if (actl < actmax && vm_contig_launder(PQ_ACTIVE, tries, low, high)) {
 248                 actl++;
 249                 goto again;
 250         }
 251         vm_page_unlock_queues();
 252 }
 253
 254 /*
 255  * Allocates a region from the kernel address map and pages within the
 256  * specified physical address range to the kernel object, creates a wired
 257  * mapping from the region to these pages, and returns the region's starting
 258  * virtual address.  The allocated pages are not necessarily physically
 259  * contiguous.  If M_ZERO is specified through the given flags, then the pages
 260  * are zeroed before they are mapped.
 261  */
 262 vm_offset_t
 263 kmem_alloc_attr(vm_map_t map, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 264     vm_paddr_t high, vm_memattr_t memattr)
 265 {
 266         vm_object_t object = kernel_object;
 267         vm_offset_t addr, i, offset;
 268         vm_page_t m;
 269         int tries;
 270
 271         size = round_page(size);
 272         vm_map_lock(map);
 273         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr)) {
 274                 vm_map_unlock(map);
 275                 return (0);
 276         }
 277         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 278         vm_object_reference(object);
 279         vm_map_insert(map, object, offset, addr, addr + size, VM_PROT_ALL,
 280             VM_PROT_ALL, 0);
 281         VM_OBJECT_LOCK(object);
 282         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 283                 tries = 0;
 284 retry:
 285                 m = vm_phys_alloc_contig(1, low, high, PAGE_SIZE, 0);
 286                 if (m == NULL) {
 287                         if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 288                                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 289                                 vm_map_unlock(map);
 290                                 vm_contig_grow_cache(tries, low, high);
 291                                 vm_map_lock(map);
 292                                 VM_OBJECT_LOCK(object);
 293                                 tries++;
 294                                 goto retry;
 295                         }
 296                         while (i != 0) {
 297                                 i -= PAGE_SIZE;
 298                                 m = vm_page_lookup(object, OFF_TO_IDX(offset +
 299                                     i));
 300                                 vm_page_free(m);
 301                         }
 302                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 303                         vm_map_delete(map, addr, addr + size);
 304                         vm_map_unlock(map);
 305                         return (0);
 306                 }
 307                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
 308                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
 309                 vm_page_insert(m, object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 310                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 311                         pmap_zero_page(m);
 312                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 313         }
 314         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 315         vm_map_unlock(map);
 316         vm_map_wire(map, addr, addr + size, VM_MAP_WIRE_SYSTEM |
 317             VM_MAP_WIRE_NOHOLES);
 318         return (addr);
 319 }
 320
 321 /*
 322  *      Allocates a region from the kernel address map, inserts the
 323  *      given physically contiguous pages into the kernel object,
 324  *      creates a wired mapping from the region to the pages, and
 325  *      returns the region's starting virtual address.  If M_ZERO is
 326  *      specified through the given flags, then the pages are zeroed
 327  *      before they are mapped.
 328  */
 329 static vm_offset_t
 330 contigmapping(vm_map_t map, vm_size_t size, vm_page_t m, vm_memattr_t memattr,
 331     int flags)
 332 {
 333         vm_object_t object = kernel_object;
 334         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 335
 336         vm_map_lock(map);
 337         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr)) {
 338                 vm_map_unlock(map);
 339                 return (0);
 340         }
 341         vm_object_reference(object);
 342         vm_map_insert(map, object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 343             addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 344         vm_map_unlock(map);
 345         VM_OBJECT_LOCK(object);
 346         for (tmp_addr = addr; tmp_addr < addr + size; tmp_addr += PAGE_SIZE) {
 347                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
 348                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
 349                 vm_page_insert(m, object,
 350                     OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
 351                 if ((flags & M_ZERO) && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
 352                         pmap_zero_page(m);
 353                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 354                 m++;
 355         }
 356         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
 357         vm_map_wire(map, addr, addr + size,
 358             VM_MAP_WIRE_SYSTEM | VM_MAP_WIRE_NOHOLES);
 359         return (addr);
 360 }
 361
 362 void *
 363 contigmalloc(
 364         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 365         struct malloc_type *type,
 366         int flags,
 367         vm_paddr_t low,
 368         vm_paddr_t high,
 369         unsigned long alignment,
 370         unsigned long boundary)
 371 {
 372         void *ret;
 373
 374         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_map, size, flags, low, high,
 375             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 376         if (ret != NULL)
 377                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 378         return (ret);
 379 }
 380
 381 vm_offset_t
 382 kmem_alloc_contig(vm_map_t map, vm_size_t size, int flags, vm_paddr_t low,
 383     vm_paddr_t high, unsigned long alignment, unsigned long boundary,
 384     vm_memattr_t memattr)
 385 {
 386         vm_offset_t ret;
 387         vm_page_t pages;
 388         unsigned long npgs;
 389         int tries;
 390
 391         size = round_page(size);
 392         npgs = size >> PAGE_SHIFT;
 393         tries = 0;
 394 retry:
 395         pages = vm_phys_alloc_contig(npgs, low, high, alignment, boundary);
 396         if (pages == NULL) {
 397                 if (tries < ((flags & M_NOWAIT) != 0 ? 1 : 3)) {
 398                         vm_contig_grow_cache(tries, low, high);
 399                         tries++;
 400                         goto retry;
 401                 }
 402                 ret = 0;
 403         } else {
 404                 ret = contigmapping(map, size, pages, memattr, flags);
 405                 if (ret == 0)
 406                         vm_page_release_contig(pages, npgs);
 407         }
 408         return (ret);
 409 }
 410
 411 void
 412 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 413 {
 414
 415         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 416         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 417 }