sys/vm/vm_contig.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003, 2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Hiten Pandya <hmp@backplane.com>.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  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
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  */
  35 /*
  36  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
  37  * All rights reserved.
  38  *
  39  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  40  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
  41  *
  42  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  43  * modification, are permitted provided that the following conditions
  44  * are met:
  45  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  46  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  47  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  48  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  49  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  50  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  51  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  52  *    without specific prior written permission.
  53  *
  54  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  55  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  56  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  57  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  58  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  59  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  60  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  61  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  62  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  63  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  64  * SUCH DAMAGE.
  65  *
  66  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  67  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_contig.c,v 1.21 2006/12/28 21:24:02 dillon Exp $
  68  */
  69
  70 /*
  71  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  72  * All rights reserved.
  73  *
  74  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  75  *
  76  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  77  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  78  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  79  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  80  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  81  *
  82  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  83  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  84  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  85  *
  86  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  87  *
  88  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  89  *  School of Computer Science
  90  *  Carnegie Mellon University
  91  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  92  *
  93  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  94  * rights to redistribute these changes.
  95  */
  96
  97 /*
  98  * Contiguous memory allocation API.
  99  */
 100
 101 #include <sys/param.h>
 102 #include <sys/systm.h>
 103 #include <sys/malloc.h>
 104 #include <sys/proc.h>
 105 #include <sys/lock.h>
 106 #include <sys/vmmeter.h>
 107 #include <sys/vnode.h>
 108
 109 #include <vm/vm.h>
 110 #include <vm/vm_param.h>
 111 #include <vm/vm_kern.h>
 112 #include <vm/pmap.h>
 113 #include <vm/vm_map.h>
 114 #include <vm/vm_object.h>
 115 #include <vm/vm_page.h>
 116 #include <vm/vm_pageout.h>
 117 #include <vm/vm_pager.h>
 118 #include <vm/vm_extern.h>
 119
 120 #include <sys/thread2.h>
 121 #include <sys/spinlock2.h>
 122 #include <vm/vm_page2.h>
 123
 124 static void vm_contig_pg_free(int start, u_long size);
 125
 126 /*
 127  * vm_contig_pg_clean:
 128  *
 129  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
 130  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
 131  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 132  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 133  * is taken for cleanup:
 134  *
 135  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 136  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 137  *      start and end of '0'.
 138  *
 139  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 140  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 141  */
 142 static void
 143 vm_contig_pg_clean(int queue, int count)
 144 {
 145         vm_object_t object;
 146         vm_page_t m, m_tmp;
 147         struct vm_page marker;
 148         struct vpgqueues *pq = &vm_page_queues[queue];
 149
 150         /*
 151          * Setup a local marker
 152          */
 153         bzero(&marker, sizeof(marker));
 154         marker.flags = PG_BUSY | PG_FICTITIOUS | PG_MARKER;
 155         marker.queue = queue;
 156         marker.wire_count = 1;
 157
 158         vm_page_queues_spin_lock(queue);
 159         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, &marker, pageq);
 160         vm_page_queues_spin_unlock(queue);
 161
 162         /*
 163          * Iterate the queue.  Note that the vm_page spinlock must be
 164          * acquired before the pageq spinlock so it's easiest to simply
 165          * not hold it in the loop iteration.
 166          */
 167         while (count-- > 0 && (m = TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) != NULL) {
 168                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
 169                 if (m != TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) {
 170                         vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
 171                         ++count;
 172                         continue;
 173                 }
 174                 KKASSERT(m->queue == queue);
 175
 176                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, &marker, pageq);
 177                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pq->pl, m, &marker, pageq);
 178
 179                 if (m->flags & PG_MARKER) {
 180                         vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
 181                         continue;
 182                 }
 183                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
 184                         vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
 185                         continue;
 186                 }
 187                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
 188
 189                 /*
 190                  * We've successfully busied the page
 191                  */
 192                 if (m->queue - m->pc != queue) {
 193                         vm_page_wakeup(m);
 194                         continue;
 195                 }
 196                 if ((object = m->object) == NULL) {
 197                         vm_page_wakeup(m);
 198                         continue;
 199                 }
 200                 vm_page_test_dirty(m);
 201                 if (m->dirty) {
 202                         vm_object_hold(object);
 203                         KKASSERT(m->object == object);
 204
 205                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 206                                 vm_page_wakeup(m);
 207                                 vn_lock(object->handle, LK_EXCLUSIVE|LK_RETRY);
 208                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 209                                 vn_unlock(((struct vnode *)object->handle));
 210                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 211                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 212                                 m_tmp = m;
 213                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 214                         } else {
 215                                 vm_page_wakeup(m);
 216                         }
 217                         vm_object_drop(object);
 218                 } else if (m->hold_count == 0) {
 219                         vm_page_cache(m);
 220                 } else {
 221                         vm_page_wakeup(m);
 222                 }
 223         }
 224
 225         /*
 226          * Scrap our local marker
 227          */
 228         vm_page_queues_spin_lock(queue);
 229         TAILQ_REMOVE(&pq->pl, &marker, pageq);
 230         vm_page_queues_spin_unlock(queue);
 231 }
 232
 233 /*
 234  * vm_contig_pg_alloc:
 235  *
 236  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 237  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 238  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 239  *
 240  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 241  * statistics and for allocations of less than a page.
 242  */
 243 static int
 244 vm_contig_pg_alloc(unsigned long size, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 245                    unsigned long alignment, unsigned long boundary, int mflags)
 246 {
 247         int i, q, start, pass;
 248         vm_offset_t phys;
 249         vm_page_t pga = vm_page_array;
 250         vm_page_t m;
 251         int pqtype;
 252
 253         size = round_page(size);
 254         if (size == 0)
 255                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 256         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 257                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 258         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 259                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 260
 261         start = 0;
 262
 263         /*
 264          * Three passes (0, 1, 2).  Each pass scans the VM page list for
 265          * free or cached pages.  After each pass if the entire scan failed
 266          * we attempt to flush inactive pages and reset the start index back
 267          * to 0.  For passes 1 and 2 we also attempt to flush active pages.
 268          */
 269         for (pass = 0; pass < 3; pass++) {
 270                 /*
 271                  * Find first page in array that is free, within range,
 272                  * aligned, and such that the boundary won't be crossed.
 273                  */
 274 again:
 275                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 276                         m = &pga[i];
 277                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
 278                         pqtype = m->queue - m->pc;
 279                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 280                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 281                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 282                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0) &&
 283                             m->busy == 0 && m->wire_count == 0 &&
 284                             m->hold_count == 0 && (m->flags & PG_BUSY) == 0
 285
 286                         ) {
 287                                 break;
 288                         }
 289                 }
 290
 291                 /*
 292                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 293                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 294                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 295                  * normal state.
 296                  */
 297                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 298                     ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 299
 300                         /*
 301                          * Best effort flush of all inactive pages.
 302                          * This is quite quick, for now stall all
 303                          * callers, even if they've specified M_NOWAIT.
 304                          */
 305                         for (q = 0; q < PQ_L2_SIZE; ++q) {
 306                                 vm_contig_pg_clean(PQ_INACTIVE + q,
 307                                                    vmstats.v_inactive_count);
 308                                 lwkt_yield();
 309                         }
 310
 311                         /*
 312                          * Best effort flush of active pages.
 313                          *
 314                          * This is very, very slow.
 315                          * Only do this if the caller has agreed to M_WAITOK.
 316                          *
 317                          * If enough pages are flushed, we may succeed on
 318                          * next (final) pass, if not the caller, contigmalloc(),
 319                          * will fail in the index < 0 case.
 320                          */
 321                         if (pass > 0 && (mflags & M_WAITOK)) {
 322                                 for (q = 0; q < PQ_L2_SIZE; ++q) {
 323                                         vm_contig_pg_clean(PQ_ACTIVE + q,
 324                                                        vmstats.v_active_count);
 325                                 }
 326                                 lwkt_yield();
 327                         }
 328
 329                         /*
 330                          * We're already too high in the address space
 331                          * to succeed, reset to 0 for the next iteration.
 332                          */
 333                         start = 0;
 334                         continue;       /* next pass */
 335                 }
 336                 start = i;
 337
 338                 /*
 339                  * Check successive pages for contiguous and free.
 340                  *
 341                  * (still in critical section)
 342                  */
 343                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 344                         m = &pga[i];
 345                         pqtype = m->queue - m->pc;
 346                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&m[0]) !=
 347                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&m[-1]) + PAGE_SIZE)) ||
 348                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE)) ||
 349                             m->busy || m->wire_count ||
 350                             m->hold_count || (m->flags & PG_BUSY)
 351                         ) {
 352                                 start++;
 353                                 goto again;
 354                         }
 355                 }
 356
 357                 /*
 358                  * Try to allocate the pages.
 359                  *
 360                  * (still in critical section)
 361                  */
 362                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 363                         m = &pga[i];
 364
 365                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
 366                                 vm_contig_pg_free(start,
 367                                                   (i - start) * PAGE_SIZE);
 368                                 start++;
 369                                 goto again;
 370                         }
 371                         pqtype = m->queue - m->pc;
 372                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 373                                 vm_page_free(m);
 374                                 --i;
 375                                 continue;       /* retry the page */
 376                         }
 377                         if (pqtype != PQ_FREE) {
 378                                 vm_page_wakeup(m);
 379                                 vm_contig_pg_free(start,
 380                                                   (i - start) * PAGE_SIZE);
 381                                 start++;
 382                                 goto again;
 383                         }
 384                         KKASSERT(m->object == NULL);
 385                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 386                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 387                         if (m->flags & PG_ZERO)
 388                                 vm_page_zero_count--;
 389                         KASSERT(m->dirty == 0,
 390                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 391                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
 392                         KKASSERT(m->busy == 0);
 393
 394                         /*
 395                          * Clear all flags except PG_BUSY, PG_ZERO, and
 396                          * PG_WANTED, then unbusy the now allocated page.
 397                          */
 398                         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_BUSY|PG_ZERO|PG_WANTED));
 399                         vm_page_wakeup(m);
 400                 }
 401
 402                 /*
 403                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 404                  */
 405                 return (start); /* aka &pga[start] */
 406         }
 407
 408         /*
 409          * Failed.
 410          */
 411         return (-1);
 412 }
 413
 414 /*
 415  * vm_contig_pg_free:
 416  *
 417  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 418  * assume all references to the pages have been removed, and that
 419  * it is OK to add them back to the free list.
 420  *
 421  * Caller must ensure no races on the page range in question.
 422  * No other requirements.
 423  */
 424 static void
 425 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 426 {
 427         vm_page_t pga = vm_page_array;
 428         vm_page_t m;
 429         int i;
 430
 431         size = round_page(size);
 432         if (size == 0)
 433                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 434
 435         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 436                 m = &pga[i];
 437                 vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
 438                 vm_page_free(m);
 439         }
 440 }
 441
 442 /*
 443  * vm_contig_pg_kmap:
 444  *
 445  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 446  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 447  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(&kernel_map, addr, size).
 448  *
 449  * No requirements.
 450  */
 451 static vm_offset_t
 452 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 453 {
 454         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 455         vm_page_t pga = vm_page_array;
 456         int i, count;
 457
 458         size = round_page(size);
 459         if (size == 0)
 460                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 461
 462         /*
 463          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 464          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 465          * pointer.
 466          */
 467         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 468         vm_map_lock(map);
 469         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, PAGE_SIZE, 0, &addr) !=
 470             KERN_SUCCESS) {
 471                 /*
 472                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 473                  * space, so we don't make the allocated memory
 474                  * above available.
 475                  */
 476                 vm_map_unlock(map);
 477                 vm_map_entry_release(count);
 478                 return (0);
 479         }
 480
 481         /*
 482          * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
 483          */
 484         vm_object_hold(&kernel_object);
 485         vm_object_reference_locked(&kernel_object);
 486         vm_map_insert(map, &count,
 487                       &kernel_object, addr,
 488                       addr, addr + size,
 489                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 490                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 491                       0);
 492         vm_map_unlock(map);
 493         vm_map_entry_release(count);
 494
 495         tmp_addr = addr;
 496         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 497                 vm_page_t m = &pga[i];
 498                 if (vm_page_insert(m, &kernel_object, OFF_TO_IDX(tmp_addr)) ==
 499                     FALSE) {
 500                         panic("vm_contig_pg_kmap: page already exists @%p",
 501                               (void *)(intptr_t)tmp_addr);
 502                 }
 503                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 504                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 505                 m->flags = 0;
 506                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 507         }
 508         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 509
 510         vm_object_drop(&kernel_object);
 511
 512         return (addr);
 513 }
 514
 515 /*
 516  * No requirements.
 517  */
 518 void *
 519 contigmalloc(
 520         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 521         struct malloc_type *type,
 522         int flags,
 523         vm_paddr_t low,
 524         vm_paddr_t high,
 525         unsigned long alignment,
 526         unsigned long boundary)
 527 {
 528         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 529                         boundary, &kernel_map);
 530 }
 531
 532 /*
 533  * No requirements.
 534  */
 535 void *
 536 contigmalloc_map(
 537         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 538         struct malloc_type *type,
 539         int flags,
 540         vm_paddr_t low,
 541         vm_paddr_t high,
 542         unsigned long alignment,
 543         unsigned long boundary,
 544         vm_map_t map)
 545 {
 546         int index;
 547         void *rv;
 548
 549         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary, flags);
 550         if (index < 0) {
 551                 kprintf("contigmalloc_map: failed size %lu low=%llx "
 552                         "high=%llx align=%lu boundary=%lu flags=%08x\n",
 553                         size, (long long)low, (long long)high,
 554                         alignment, boundary, flags);
 555                 return NULL;
 556         }
 557
 558         rv = (void *)vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 559         if (rv == NULL)
 560                 vm_contig_pg_free(index, size);
 561
 562         return rv;
 563 }
 564
 565 /*
 566  * No requirements.
 567  */
 568 void
 569 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 570 {
 571         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 572 }
 573
 574 /*
 575  * No requirements.
 576  */
 577 vm_offset_t
 578 vm_page_alloc_contig(
 579         vm_offset_t size,
 580         vm_paddr_t low,
 581         vm_paddr_t high,
 582         vm_offset_t alignment)
 583 {
 584         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 585                                 high, alignment, 0ul, &kernel_map));
 586 }