a464117c5b70327a7936d54fd4b8d1e06744a8d2
[dragonfly.git] / 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         for (i = gstart; i < size; i += PAGE_SIZE) {
220                 vm_page_t mem;
221
222                 mem = vm_page_grab(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i),
223                             VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
224                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
225                         vm_page_zero_fill(mem);
226                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
227                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
228                 vm_page_wakeup(mem);
229         }
230         lwkt_reltoken(&vm_token);
231
232         /*
233          * And finally, mark the data as non-pageable.
234          *
235          * NOTE: vm_map_wire() handles any kstack guard.
236          */
237         vm_map_wire(map, (vm_offset_t)addr, addr + size, kmflags);
238
239         return (addr);
240 }
241
242 /*
243  * Release a region of kernel virtual memory allocated with kmem_alloc,
244  * and return the physical pages associated with that region.
245  *
246  * WARNING!  If the caller entered pages into the region using pmap_kenter()
247  * it must remove the pages using pmap_kremove[_quick]() before freeing the
248  * underlying kmem, otherwise resident_count will be mistabulated.
249  *
250  * No requirements.
251  */
252 void
253 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
254 {
255         vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
256 }
257
258 /*
259  * Used to break a system map into smaller maps, usually to reduce
260  * contention and to provide large KVA spaces for subsystems like the
261  * buffer cache.
262  *
263  *      parent          Map to take range from
264  *      result  
265  *      size            Size of range to find
266  *      min, max        Returned endpoints of map
267  *      pageable        Can the region be paged
268  *
269  * No requirements.
270  */
271 void
272 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_map_t result,
273               vm_offset_t *min, vm_offset_t *max, vm_size_t size)
274 {
275         int ret;
276
277         size = round_page(size);
278
279         lwkt_gettoken(&vm_token);
280         *min = (vm_offset_t) vm_map_min(parent);
281         ret = vm_map_find(parent, NULL, (vm_offset_t) 0,
282                           min, size, PAGE_SIZE,
283                           TRUE, VM_MAPTYPE_UNSPECIFIED,
284                           VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
285                           0);
286         if (ret != KERN_SUCCESS) {
287                 kprintf("kmem_suballoc: bad status return of %d.\n", ret);
288                 panic("kmem_suballoc");
289         }
290         *max = *min + size;
291         pmap_reference(vm_map_pmap(parent));
292         vm_map_init(result, *min, *max, vm_map_pmap(parent));
293         if ((ret = vm_map_submap(parent, *min, *max, result)) != KERN_SUCCESS)
294                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
295         lwkt_reltoken(&vm_token);
296 }
297
298 /*
299  * Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
300  * has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
301  *
302  * No requirements.
303  */
304 vm_offset_t
305 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
306 {
307         vm_offset_t addr;
308         int count;
309
310         size = round_page(size);
311
312         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
313
314         for (;;) {
315                 /*
316                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
317                  * to lock out sleepers/wakers.
318                  */
319                 vm_map_lock(map);
320                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map),
321                                      size, PAGE_SIZE, 0, &addr) == 0) {
322                         break;
323                 }
324                 /* no space now; see if we can ever get space */
325                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
326                         vm_map_entry_release(count);
327                         vm_map_unlock(map);
328                         return (0);
329                 }
330                 vm_map_unlock(map);
331                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
332         }
333         vm_map_insert(map, &count,
334                       NULL, (vm_offset_t) 0,
335                       addr, addr + size,
336                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
337                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
338                       0);
339         vm_map_unlock(map);
340         vm_map_entry_release(count);
341
342         return (addr);
343 }
344
345 /*
346  * Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
347  * waiting for memory in that map.
348  *
349  * No requirements.
350  */
351 void
352 kmem_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
353 {
354         int count;
355
356         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
357         vm_map_lock(map);
358         vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
359         wakeup(map);
360         vm_map_unlock(map);
361         vm_map_entry_release(count);
362 }
363
364 /*
365  * Create the kernel_ma for (KvaStart,KvaEnd) and insert mappings to
366  * cover areas already allocated or reserved thus far.
367  *
368  * The areas (virtual_start, virtual_end) and (virtual2_start, virtual2_end)
369  * are available so the cutouts are the areas around these ranges between
370  * KvaStart and KvaEnd.
371  *
372  * Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
373  * Called from the low level boot code only.
374  */
375 void
376 kmem_init(void)
377 {
378         vm_offset_t addr;
379         vm_map_t m;
380         int count;
381
382         m = vm_map_create(&kernel_map, &kernel_pmap, KvaStart, KvaEnd);
383         vm_map_lock(m);
384         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
385         m->system_map = 1;
386         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
387         addr = KvaStart;
388         if (virtual2_start) {
389                 if (addr < virtual2_start) {
390                         vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
391                                       addr, virtual2_start,
392                                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
393                                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
394                                       0);
395                 }
396                 addr = virtual2_end;
397         }
398         if (addr < virtual_start) {
399                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
400                               addr, virtual_start,
401                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
402                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
403                               0);
404         }
405         addr = virtual_end;
406         if (addr < KvaEnd) {
407                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
408                               addr, KvaEnd,
409                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
410                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
411                               0);
412         }
413         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
414         vm_map_unlock(m);
415         vm_map_entry_release(count);
416 }
417
418 /*
419  * No requirements.
420  */
421 static int
422 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
423 {
424         unsigned long ksize = KvaSize;
425
426         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
427 }
428 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
429     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
430  
431 /*
432  * No requirements.
433  */
434 static int
435 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
436 {
437         unsigned long kfree = virtual_end - kernel_vm_end;
438
439         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
440 }
441 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
442     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
443