sys/vm/vm_map.h

   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  * 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  *      @(#)vm_map.h    8.9 (Berkeley) 5/17/95
  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  * $FreeBSD$
  61  */
  62
  63 /*
  64  *      Virtual memory map module definitions.
  65  */
  66 #ifndef _VM_MAP_
  67 #define _VM_MAP_
  68
  69 #include <sys/lock.h>
  70 #include <sys/sx.h>
  71 #include <sys/_mutex.h>
  72
  73 /*
  74  *      Types defined:
  75  *
  76  *      vm_map_t                the high-level address map data structure.
  77  *      vm_map_entry_t          an entry in an address map.
  78  */
  79
  80 typedef u_char vm_flags_t;
  81 typedef u_int vm_eflags_t;
  82
  83 /*
  84  *      Objects which live in maps may be either VM objects, or
  85  *      another map (called a "sharing map") which denotes read-write
  86  *      sharing with other maps.
  87  */
  88 union vm_map_object {
  89         struct vm_object *vm_object;    /* object object */
  90         struct vm_map *sub_map;         /* belongs to another map */
  91 };
  92
  93 /*
  94  *      Address map entries consist of start and end addresses,
  95  *      a VM object (or sharing map) and offset into that object,
  96  *      and user-exported inheritance and protection information.
  97  *      Also included is control information for virtual copy operations.
  98  */
  99 struct vm_map_entry {
 100         struct vm_map_entry *prev;      /* previous entry */
 101         struct vm_map_entry *next;      /* next entry */
 102         struct vm_map_entry *left;      /* left child in binary search tree */
 103         struct vm_map_entry *right;     /* right child in binary search tree */
 104         vm_offset_t start;              /* start address */
 105         vm_offset_t end;                /* end address */
 106         vm_size_t adj_free;             /* amount of adjacent free space */
 107         vm_size_t max_free;             /* max free space in subtree */
 108         union vm_map_object object;     /* object I point to */
 109         vm_ooffset_t offset;            /* offset into object */
 110         vm_eflags_t eflags;             /* map entry flags */
 111         vm_prot_t protection;           /* protection code */
 112         vm_prot_t max_protection;       /* maximum protection */
 113         vm_inherit_t inheritance;       /* inheritance */
 114         uint8_t read_ahead;             /* pages in the read-ahead window */
 115         int wired_count;                /* can be paged if = 0 */
 116         vm_pindex_t next_read;          /* index of the next sequential read */
 117         struct ucred *cred;             /* tmp storage for creator ref */
 118         struct thread *wiring_thread;
 119 };
 120
 121 #define MAP_ENTRY_NOSYNC                0x0001
 122 #define MAP_ENTRY_IS_SUB_MAP            0x0002
 123 #define MAP_ENTRY_COW                   0x0004
 124 #define MAP_ENTRY_NEEDS_COPY            0x0008
 125 #define MAP_ENTRY_NOFAULT               0x0010
 126 #define MAP_ENTRY_USER_WIRED            0x0020
 127
 128 #define MAP_ENTRY_BEHAV_NORMAL          0x0000  /* default behavior */
 129 #define MAP_ENTRY_BEHAV_SEQUENTIAL      0x0040  /* expect sequential access */
 130 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RANDOM          0x0080  /* expect random access */
 131 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RESERVED        0x00C0  /* future use */
 132
 133 #define MAP_ENTRY_BEHAV_MASK            0x00C0
 134
 135 #define MAP_ENTRY_IN_TRANSITION         0x0100  /* entry being changed */
 136 #define MAP_ENTRY_NEEDS_WAKEUP          0x0200  /* waiters in transition */
 137 #define MAP_ENTRY_NOCOREDUMP            0x0400  /* don't include in a core */
 138
 139 #define MAP_ENTRY_GROWS_DOWN            0x1000  /* Top-down stacks */
 140 #define MAP_ENTRY_GROWS_UP              0x2000  /* Bottom-up stacks */
 141
 142 #define MAP_ENTRY_WIRE_SKIPPED          0x4000
 143 #define MAP_ENTRY_VN_WRITECNT           0x8000  /* writeable vnode mapping */
 144 #define MAP_ENTRY_GUARD                 0x10000
 145 #define MAP_ENTRY_STACK_GAP_DN          0x20000
 146 #define MAP_ENTRY_STACK_GAP_UP          0x40000
 147
 148 #ifdef  _KERNEL
 149 static __inline u_char
 150 vm_map_entry_behavior(vm_map_entry_t entry)
 151 {
 152         return (entry->eflags & MAP_ENTRY_BEHAV_MASK);
 153 }
 154
 155 static __inline int
 156 vm_map_entry_user_wired_count(vm_map_entry_t entry)
 157 {
 158         if (entry->eflags & MAP_ENTRY_USER_WIRED)
 159                 return (1);
 160         return (0);
 161 }
 162
 163 static __inline int
 164 vm_map_entry_system_wired_count(vm_map_entry_t entry)
 165 {
 166         return (entry->wired_count - vm_map_entry_user_wired_count(entry));
 167 }
 168 #endif  /* _KERNEL */
 169
 170 /*
 171  *      A map is a set of map entries.  These map entries are
 172  *      organized both as a binary search tree and as a doubly-linked
 173  *      list.  Both structures are ordered based upon the start and
 174  *      end addresses contained within each map entry.  Sleator and
 175  *      Tarjan's top-down splay algorithm is employed to control
 176  *      height imbalance in the binary search tree.
 177  *
 178  * List of locks
 179  *      (c)     const until freed
 180  */
 181 struct vm_map {
 182         struct vm_map_entry header;     /* List of entries */
 183         struct sx lock;                 /* Lock for map data */
 184         struct mtx system_mtx;
 185         int nentries;                   /* Number of entries */
 186         vm_size_t size;                 /* virtual size */
 187         u_int timestamp;                /* Version number */
 188         u_char needs_wakeup;
 189         u_char system_map;              /* (c) Am I a system map? */
 190         vm_flags_t flags;               /* flags for this vm_map */
 191         vm_map_entry_t root;            /* Root of a binary search tree */
 192         pmap_t pmap;                    /* (c) Physical map */
 193 #define min_offset      header.start    /* (c) */
 194 #define max_offset      header.end      /* (c) */
 195         int busy;
 196 };
 197
 198 /*
 199  * vm_flags_t values
 200  */
 201 #define MAP_WIREFUTURE          0x01    /* wire all future pages */
 202 #define MAP_BUSY_WAKEUP         0x02
 203
 204 #ifdef  _KERNEL
 205 static __inline vm_offset_t
 206 vm_map_max(const struct vm_map *map)
 207 {
 208         return (map->max_offset);
 209 }
 210
 211 static __inline vm_offset_t
 212 vm_map_min(const struct vm_map *map)
 213 {
 214         return (map->min_offset);
 215 }
 216
 217 static __inline pmap_t
 218 vm_map_pmap(vm_map_t map)
 219 {
 220         return (map->pmap);
 221 }
 222
 223 static __inline void
 224 vm_map_modflags(vm_map_t map, vm_flags_t set, vm_flags_t clear)
 225 {
 226         map->flags = (map->flags | set) & ~clear;
 227 }
 228 #endif  /* _KERNEL */
 229
 230 /*
 231  * Shareable process virtual address space.
 232  *
 233  * List of locks
 234  *      (c)     const until freed
 235  */
 236 struct vmspace {
 237         struct vm_map vm_map;   /* VM address map */
 238         struct shmmap_state *vm_shm;    /* SYS5 shared memory private data XXX */
 239         segsz_t vm_swrss;       /* resident set size before last swap */
 240         segsz_t vm_tsize;       /* text size (pages) XXX */
 241         segsz_t vm_dsize;       /* data size (pages) XXX */
 242         segsz_t vm_ssize;       /* stack size (pages) */
 243         caddr_t vm_taddr;       /* (c) user virtual address of text */
 244         caddr_t vm_daddr;       /* (c) user virtual address of data */
 245         caddr_t vm_maxsaddr;    /* user VA at max stack growth */
 246         volatile int vm_refcnt; /* number of references */
 247         /*
 248          * Keep the PMAP last, so that CPU-specific variations of that
 249          * structure on a single architecture don't result in offset
 250          * variations of the machine-independent fields in the vmspace.
 251          */
 252         struct pmap vm_pmap;    /* private physical map */
 253 };
 254
 255 #ifdef  _KERNEL
 256 static __inline pmap_t
 257 vmspace_pmap(struct vmspace *vmspace)
 258 {
 259         return &vmspace->vm_pmap;
 260 }
 261 #endif  /* _KERNEL */
 262
 263 #ifdef  _KERNEL
 264 /*
 265  *      Macros:         vm_map_lock, etc.
 266  *      Function:
 267  *              Perform locking on the data portion of a map.  Note that
 268  *              these macros mimic procedure calls returning void.  The
 269  *              semicolon is supplied by the user of these macros, not
 270  *              by the macros themselves.  The macros can safely be used
 271  *              as unbraced elements in a higher level statement.
 272  */
 273
 274 void _vm_map_lock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 275 void _vm_map_unlock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 276 int _vm_map_unlock_and_wait(vm_map_t map, int timo, const char *file, int line);
 277 void _vm_map_lock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 278 void _vm_map_unlock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 279 int _vm_map_trylock(vm_map_t map, const char *file, int line);
 280 int _vm_map_trylock_read(vm_map_t map, const char *file, int line);
 281 int _vm_map_lock_upgrade(vm_map_t map, const char *file, int line);
 282 void _vm_map_lock_downgrade(vm_map_t map, const char *file, int line);
 283 int vm_map_locked(vm_map_t map);
 284 void vm_map_wakeup(vm_map_t map);
 285 void vm_map_busy(vm_map_t map);
 286 void vm_map_unbusy(vm_map_t map);
 287 void vm_map_wait_busy(vm_map_t map);
 288
 289 #define vm_map_lock(map)        _vm_map_lock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 290 #define vm_map_unlock(map)      _vm_map_unlock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 291 #define vm_map_unlock_and_wait(map, timo)       \
 292                         _vm_map_unlock_and_wait(map, timo, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 293 #define vm_map_lock_read(map)   _vm_map_lock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 294 #define vm_map_unlock_read(map) _vm_map_unlock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 295 #define vm_map_trylock(map)     _vm_map_trylock(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 296 #define vm_map_trylock_read(map)        \
 297                         _vm_map_trylock_read(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 298 #define vm_map_lock_upgrade(map)        \
 299                         _vm_map_lock_upgrade(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 300 #define vm_map_lock_downgrade(map)      \
 301                         _vm_map_lock_downgrade(map, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 302
 303 long vmspace_resident_count(struct vmspace *vmspace);
 304 #endif  /* _KERNEL */
 305
 306
 307 /* XXX: number of kernel maps and entries to statically allocate */
 308 #define MAX_KMAP        10
 309 #define MAX_KMAPENT     128
 310
 311 /*
 312  * Copy-on-write flags for vm_map operations
 313  */
 314 #define MAP_INHERIT_SHARE       0x0001
 315 #define MAP_COPY_ON_WRITE       0x0002
 316 #define MAP_NOFAULT             0x0004
 317 #define MAP_PREFAULT            0x0008
 318 #define MAP_PREFAULT_PARTIAL    0x0010
 319 #define MAP_DISABLE_SYNCER      0x0020
 320 #define MAP_CHECK_EXCL          0x0040
 321 #define MAP_CREATE_GUARD        0x0080
 322 #define MAP_DISABLE_COREDUMP    0x0100
 323 #define MAP_PREFAULT_MADVISE    0x0200  /* from (user) madvise request */
 324 #define MAP_VN_WRITECOUNT       0x0400
 325 #define MAP_STACK_GROWS_DOWN    0x1000
 326 #define MAP_STACK_GROWS_UP      0x2000
 327 #define MAP_ACC_CHARGED         0x4000
 328 #define MAP_ACC_NO_CHARGE       0x8000
 329 #define MAP_CREATE_STACK_GAP_UP 0x10000
 330 #define MAP_CREATE_STACK_GAP_DN 0x20000
 331
 332 /*
 333  * vm_fault option flags
 334  */
 335 #define VM_FAULT_NORMAL 0               /* Nothing special */
 336 #define VM_FAULT_WIRE   1               /* Wire the mapped page */
 337 #define VM_FAULT_DIRTY  2               /* Dirty the page; use w/VM_PROT_COPY */
 338
 339 /*
 340  * Initially, mappings are slightly sequential.  The maximum window size must
 341  * account for the map entry's "read_ahead" field being defined as an uint8_t.
 342  */
 343 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_MIN         7
 344 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_INIT        15
 345 #define VM_FAULT_READ_AHEAD_MAX         min(atop(MAXPHYS) - 1, UINT8_MAX)
 346
 347 /*
 348  * The following "find_space" options are supported by vm_map_find().
 349  *
 350  * For VMFS_ALIGNED_SPACE, the desired alignment is specified to
 351  * the macro argument as log base 2 of the desired alignment.
 352  */
 353 #define VMFS_NO_SPACE           0       /* don't find; use the given range */
 354 #define VMFS_ANY_SPACE          1       /* find a range with any alignment */
 355 #define VMFS_OPTIMAL_SPACE      2       /* find a range with optimal alignment*/
 356 #define VMFS_SUPER_SPACE        3       /* find a superpage-aligned range */
 357 #define VMFS_ALIGNED_SPACE(x)   ((x) << 8) /* find a range with fixed alignment */
 358
 359 /*
 360  * vm_map_wire and vm_map_unwire option flags
 361  */
 362 #define VM_MAP_WIRE_SYSTEM      0       /* wiring in a kernel map */
 363 #define VM_MAP_WIRE_USER        1       /* wiring in a user map */
 364
 365 #define VM_MAP_WIRE_NOHOLES     0       /* region must not have holes */
 366 #define VM_MAP_WIRE_HOLESOK     2       /* region may have holes */
 367
 368 #define VM_MAP_WIRE_WRITE       4       /* Validate writable. */
 369
 370 #ifdef _KERNEL
 371 boolean_t vm_map_check_protection (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t);
 372 vm_map_t vm_map_create(pmap_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 373 int vm_map_delete(vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 374 int vm_map_find(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t *, vm_size_t,
 375     vm_offset_t, int, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 376 int vm_map_find_min(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t *,
 377     vm_size_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 378 int vm_map_fixed(vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t, vm_offset_t, vm_size_t,
 379     vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 380 int vm_map_findspace (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, vm_offset_t *);
 381 int vm_map_inherit (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_inherit_t);
 382 void vm_map_init(vm_map_t, pmap_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 383 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);
 384 int vm_map_lookup (vm_map_t *, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_map_entry_t *, vm_object_t *,
 385     vm_pindex_t *, vm_prot_t *, boolean_t *);
 386 int vm_map_lookup_locked(vm_map_t *, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_map_entry_t *, vm_object_t *,
 387     vm_pindex_t *, vm_prot_t *, boolean_t *);
 388 void vm_map_lookup_done (vm_map_t, vm_map_entry_t);
 389 boolean_t vm_map_lookup_entry (vm_map_t, vm_offset_t, vm_map_entry_t *);
 390 void vm_map_pmap_enter(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
 391     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size, int flags);
 392 int vm_map_protect (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t, boolean_t);
 393 int vm_map_remove (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
 394 void vm_map_startup (void);
 395 int vm_map_submap (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_map_t);
 396 int vm_map_sync(vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, boolean_t, boolean_t);
 397 int vm_map_madvise (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int);
 398 void vm_map_simplify_entry (vm_map_t, vm_map_entry_t);
 399 int vm_map_stack (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, vm_prot_t, vm_prot_t, int);
 400 int vm_map_unwire(vm_map_t map, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
 401     int flags);
 402 int vm_map_wire(vm_map_t map, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
 403     int flags);
 404 long vmspace_swap_count(struct vmspace *vmspace);
 405 #endif                          /* _KERNEL */
 406 #endif                          /* _VM_MAP_ */