sys/vm/vm_kern.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   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. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  *
  38  *      from: @(#)vm_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
  39  *
  40  *
  41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  42  * All rights reserved.
  43  *
  44  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  45  *
  46  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  47  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  48  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  49  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  50  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  51  *
  52  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  53  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  54  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  55  *
  56  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  57  *
  58  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  59  *  School of Computer Science
  60  *  Carnegie Mellon University
  61  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  62  *
  63  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  64  * rights to redistribute these changes.
  65  *
  66  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_kern.c,v 1.61.2.2 2002/03/12 18:25:26 tegge Exp $
  67  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_kern.c,v 1.29 2007/06/07 23:14:29 dillon Exp $
  68  */
  69
  70 /*
  71  *      Kernel memory management.
  72  */
  73
  74 #include <sys/param.h>
  75 #include <sys/systm.h>
  76 #include <sys/proc.h>
  77 #include <sys/malloc.h>
  78 #include <sys/kernel.h>
  79 #include <sys/sysctl.h>
  80
  81 #include <vm/vm.h>
  82 #include <vm/vm_param.h>
  83 #include <sys/lock.h>
  84 #include <vm/pmap.h>
  85 #include <vm/vm_map.h>
  86 #include <vm/vm_object.h>
  87 #include <vm/vm_page.h>
  88 #include <vm/vm_pageout.h>
  89 #include <vm/vm_kern.h>
  90 #include <vm/vm_extern.h>
  91
  92 struct vm_map kernel_map;
  93 struct vm_map clean_map;
  94 struct vm_map buffer_map;
  95
  96 /*
  97  * Allocate pageable memory to the kernel's address map.  "map" must
  98  * be kernel_map or a submap of kernel_map.
  99  *
 100  * No requirements.
 101  */
 102 vm_offset_t
 103 kmem_alloc_pageable(vm_map_t map, vm_size_t size)
 104 {
 105         vm_offset_t addr;
 106         int result;
 107
 108         size = round_page(size);
 109         addr = vm_map_min(map);
 110         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 111                              &addr, size, PAGE_SIZE,
 112                              TRUE, VM_MAPTYPE_NORMAL,
 113                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 114                              0);
 115         if (result != KERN_SUCCESS)
 116                 return (0);
 117         return (addr);
 118 }
 119
 120 /*
 121  * Same as kmem_alloc_pageable, except that it create a nofault entry.
 122  *
 123  * No requirements.
 124  */
 125 vm_offset_t
 126 kmem_alloc_nofault(vm_map_t map, vm_size_t size, vm_size_t align)
 127 {
 128         vm_offset_t addr;
 129         int result;
 130
 131         size = round_page(size);
 132         addr = vm_map_min(map);
 133         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 134                              &addr, size, align,
 135                              TRUE, VM_MAPTYPE_NORMAL,
 136                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 137                              MAP_NOFAULT);
 138         if (result != KERN_SUCCESS)
 139                 return (0);
 140         return (addr);
 141 }
 142
 143 /*
 144  * Allocate wired-down memory in the kernel's address map or a submap.
 145  *
 146  * No requirements.
 147  */
 148 vm_offset_t
 149 kmem_alloc3(vm_map_t map, vm_size_t size, int kmflags)
 150 {
 151         vm_offset_t addr;
 152         vm_offset_t gstart;
 153         vm_offset_t i;
 154         int count;
 155         int cow;
 156
 157         size = round_page(size);
 158
 159         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 160                 count = vm_map_entry_kreserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 161         else
 162                 count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 163
 164         if (kmflags & KM_STACK) {
 165                 cow = MAP_IS_KSTACK;
 166                 gstart = PAGE_SIZE;
 167         } else {
 168                 cow = 0;
 169                 gstart = 0;
 170         }
 171
 172         /*
 173          * Use the kernel object for wired-down kernel pages. Assume that no
 174          * region of the kernel object is referenced more than once.
 175          *
 176          * Locate sufficient space in the map.  This will give us the final
 177          * virtual address for the new memory, and thus will tell us the
 178          * offset within the kernel map.
 179          */
 180         vm_map_lock(map);
 181         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, PAGE_SIZE, 0, &addr)) {
 182                 vm_map_unlock(map);
 183                 if (kmflags & KM_KRESERVE)
 184                         vm_map_entry_krelease(count);
 185                 else
 186                         vm_map_entry_release(count);
 187                 return (0);
 188         }
 189         vm_object_reference(&kernel_object);
 190         vm_map_insert(map, &count,
 191                       &kernel_object, addr, addr, addr + size,
 192                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 193                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 194                       cow);
 195         vm_map_unlock(map);
 196         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 197                 vm_map_entry_krelease(count);
 198         else
 199                 vm_map_entry_release(count);
 200
 201         /*
 202          * Guarantee that there are pages already in this object before
 203          * calling vm_map_wire.  This is to prevent the following
 204          * scenario:
 205          *
 206          * 1) Threads have swapped out, so that there is a pager for the
 207          * kernel_object. 2) The kmsg zone is empty, and so we are
 208          * kmem_allocing a new page for it. 3) vm_map_wire calls vm_fault;
 209          * there is no page, but there is a pager, so we call
 210          * pager_data_request.  But the kmsg zone is empty, so we must
 211          * kmem_alloc. 4) goto 1 5) Even if the kmsg zone is not empty: when
 212          * we get the data back from the pager, it will be (very stale)
 213          * non-zero data.  kmem_alloc is defined to return zero-filled memory.
 214          *
 215          * We're intentionally not activating the pages we allocate to prevent a
 216          * race with page-out.  vm_map_wire will wire the pages.
 217          */
 218         lwkt_gettoken(&vm_token);
 219         vm_object_lock(&kernel_object);
 220         for (i = gstart; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 221                 vm_page_t mem;
 222
 223                 mem = vm_page_grab(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i),
 224                             VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
 225                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
 226                         vm_page_zero_fill(mem);
 227                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 228                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
 229                 vm_page_wakeup(mem);
 230         }
 231         vm_object_unlock(&kernel_object);
 232         lwkt_reltoken(&vm_token);
 233
 234         /*
 235          * And finally, mark the data as non-pageable.
 236          *
 237          * NOTE: vm_map_wire() handles any kstack guard.
 238          */
 239         vm_map_wire(map, (vm_offset_t)addr, addr + size, kmflags);
 240
 241         return (addr);
 242 }
 243
 244 /*
 245  * Release a region of kernel virtual memory allocated with kmem_alloc,
 246  * and return the physical pages associated with that region.
 247  *
 248  * WARNING!  If the caller entered pages into the region using pmap_kenter()
 249  * it must remove the pages using pmap_kremove[_quick]() before freeing the
 250  * underlying kmem, otherwise resident_count will be mistabulated.
 251  *
 252  * No requirements.
 253  */
 254 void
 255 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 256 {
 257         vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 258 }
 259
 260 /*
 261  * Used to break a system map into smaller maps, usually to reduce
 262  * contention and to provide large KVA spaces for subsystems like the
 263  * buffer cache.
 264  *
 265  *      parent          Map to take range from
 266  *      result
 267  *      size            Size of range to find
 268  *      min, max        Returned endpoints of map
 269  *      pageable        Can the region be paged
 270  *
 271  * No requirements.
 272  */
 273 void
 274 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_map_t result,
 275               vm_offset_t *min, vm_offset_t *max, vm_size_t size)
 276 {
 277         int ret;
 278
 279         size = round_page(size);
 280
 281         lwkt_gettoken(&vm_token);
 282         *min = (vm_offset_t) vm_map_min(parent);
 283         ret = vm_map_find(parent, NULL, (vm_offset_t) 0,
 284                           min, size, PAGE_SIZE,
 285                           TRUE, VM_MAPTYPE_UNSPECIFIED,
 286                           VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 287                           0);
 288         if (ret != KERN_SUCCESS) {
 289                 kprintf("kmem_suballoc: bad status return of %d.\n", ret);
 290                 panic("kmem_suballoc");
 291         }
 292         *max = *min + size;
 293         pmap_reference(vm_map_pmap(parent));
 294         vm_map_init(result, *min, *max, vm_map_pmap(parent));
 295         if ((ret = vm_map_submap(parent, *min, *max, result)) != KERN_SUCCESS)
 296                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 297         lwkt_reltoken(&vm_token);
 298 }
 299
 300 /*
 301  * Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 302  * has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 303  *
 304  * No requirements.
 305  */
 306 vm_offset_t
 307 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 308 {
 309         vm_offset_t addr;
 310         int count;
 311
 312         size = round_page(size);
 313
 314         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 315
 316         for (;;) {
 317                 /*
 318                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 319                  * to lock out sleepers/wakers.
 320                  */
 321                 vm_map_lock(map);
 322                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map),
 323                                      size, PAGE_SIZE, 0, &addr) == 0) {
 324                         break;
 325                 }
 326                 /* no space now; see if we can ever get space */
 327                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 328                         vm_map_entry_release(count);
 329                         vm_map_unlock(map);
 330                         return (0);
 331                 }
 332                 vm_map_unlock(map);
 333                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
 334         }
 335         vm_map_insert(map, &count,
 336                       NULL, (vm_offset_t) 0,
 337                       addr, addr + size,
 338                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 339                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 340                       0);
 341         vm_map_unlock(map);
 342         vm_map_entry_release(count);
 343
 344         return (addr);
 345 }
 346
 347 /*
 348  * Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 349  * waiting for memory in that map.
 350  *
 351  * No requirements.
 352  */
 353 void
 354 kmem_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 355 {
 356         int count;
 357
 358         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 359         vm_map_lock(map);
 360         vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
 361         wakeup(map);
 362         vm_map_unlock(map);
 363         vm_map_entry_release(count);
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Create the kernel_ma for (KvaStart,KvaEnd) and insert mappings to
 368  * cover areas already allocated or reserved thus far.
 369  *
 370  * The areas (virtual_start, virtual_end) and (virtual2_start, virtual2_end)
 371  * are available so the cutouts are the areas around these ranges between
 372  * KvaStart and KvaEnd.
 373  *
 374  * Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
 375  * Called from the low level boot code only.
 376  */
 377 void
 378 kmem_init(void)
 379 {
 380         vm_offset_t addr;
 381         vm_map_t m;
 382         int count;
 383
 384         m = vm_map_create(&kernel_map, &kernel_pmap, KvaStart, KvaEnd);
 385         vm_map_lock(m);
 386         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 387         m->system_map = 1;
 388         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 389         addr = KvaStart;
 390         if (virtual2_start) {
 391                 if (addr < virtual2_start) {
 392                         vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 393                                       addr, virtual2_start,
 394                                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 395                                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 396                                       0);
 397                 }
 398                 addr = virtual2_end;
 399         }
 400         if (addr < virtual_start) {
 401                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 402                               addr, virtual_start,
 403                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 404                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 405                               0);
 406         }
 407         addr = virtual_end;
 408         if (addr < KvaEnd) {
 409                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 410                               addr, KvaEnd,
 411                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 412                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 413                               0);
 414         }
 415         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 416         vm_map_unlock(m);
 417         vm_map_entry_release(count);
 418 }
 419
 420 /*
 421  * No requirements.
 422  */
 423 static int
 424 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 425 {
 426         unsigned long ksize = KvaSize;
 427
 428         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
 429 }
 430 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_ULONG|CTLFLAG_RD,
 431     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
 432
 433 /*
 434  * No requirements.
 435  */
 436 static int
 437 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 438 {
 439         unsigned long kfree = virtual_end - kernel_vm_end;
 440
 441         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
 442 }
 443 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_ULONG|CTLFLAG_RD,
 444     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
 445