sys/vm/vm_contig.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   3  *
   4  * Copyright (c) 2003, 2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   5  *
   6  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   7  * by Hiten Pandya <hmp@backplane.com>.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  *
  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
  17  *    the documentation and/or other materials provided with the
  18  *    distribution.
  19  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  20  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  21  *    from this software without specific, prior written permission.
  22  *
  23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  24  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  25  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  26  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  27  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  28  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  29  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  30  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  31  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  32  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  33  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  */
  37 /*
  38  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
  39  * All rights reserved.
  40  *
  41  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  42  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
  43  *
  44  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  45  * modification, are permitted provided that the following conditions
  46  * are met:
  47  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  48  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  49  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  50  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  51  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  52  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  53  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  54  *    without specific prior written permission.
  55  *
  56  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  57  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  58  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  59  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  60  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  61  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  62  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  63  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  64  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  65  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  66  * SUCH DAMAGE.
  67  *
  68  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  69  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_contig.c,v 1.21 2006/12/28 21:24:02 dillon Exp $
  70  */
  71
  72 /*
  73  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  74  * All rights reserved.
  75  *
  76  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  77  *
  78  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  79  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  80  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  81  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  82  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  83  *
  84  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  85  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  86  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  87  *
  88  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  89  *
  90  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  91  *  School of Computer Science
  92  *  Carnegie Mellon University
  93  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  94  *
  95  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  96  * rights to redistribute these changes.
  97  */
  98
  99 /*
 100  * Contiguous memory allocation API.
 101  */
 102
 103 #include <sys/param.h>
 104 #include <sys/systm.h>
 105 #include <sys/malloc.h>
 106 #include <sys/proc.h>
 107 #include <sys/lock.h>
 108 #include <sys/vmmeter.h>
 109 #include <sys/vnode.h>
 110
 111 #include <vm/vm.h>
 112 #include <vm/vm_param.h>
 113 #include <vm/vm_kern.h>
 114 #include <vm/pmap.h>
 115 #include <vm/vm_map.h>
 116 #include <vm/vm_object.h>
 117 #include <vm/vm_page.h>
 118 #include <vm/vm_pageout.h>
 119 #include <vm/vm_pager.h>
 120 #include <vm/vm_extern.h>
 121
 122 #include <sys/thread2.h>
 123 #include <vm/vm_page2.h>
 124
 125 /*
 126  * vm_contig_pg_clean:
 127  *
 128  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
 129  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
 130  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 131  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 132  * is taken for cleanup:
 133  *
 134  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 135  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 136  *      start and end of '0'.
 137  *
 138  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 139  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 140  *
 141  * The caller must hold vm_token.
 142  */
 143 static int
 144 vm_contig_pg_clean(int queue)
 145 {
 146         vm_object_t object;
 147         vm_page_t m, m_tmp, next;
 148
 149         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
 150
 151         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[queue].pl); m != NULL; m = next) {
 152                 KASSERT(m->queue == queue,
 153                         ("vm_contig_clean: page %p's queue is not %d",
 154                         m, queue));
 155                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
 156
 157                 if (m->flags & PG_MARKER)
 158                         continue;
 159
 160                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
 161                         return (TRUE);
 162
 163                 vm_page_test_dirty(m);
 164                 if (m->dirty) {
 165                         object = m->object;
 166                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 167                                 vn_lock(object->handle, LK_EXCLUSIVE|LK_RETRY);
 168                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 169                                 vn_unlock(((struct vnode *)object->handle));
 170                                 return (TRUE);
 171                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 172                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 173                                 m_tmp = m;
 174                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 175                                 return (TRUE);
 176                         }
 177                 }
 178                 KKASSERT(m->busy == 0);
 179                 if (m->dirty == 0 && m->hold_count == 0) {
 180                         vm_page_busy(m);
 181                         vm_page_cache(m);
 182                 }
 183         }
 184         return (FALSE);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * vm_contig_pg_flush:
 189  *
 190  * Attempt to flush (count) pages from the given page queue.   This may or
 191  * may not succeed.  Take up to <count> passes and delay 1/20 of a second
 192  * between each pass.
 193  *
 194  * The caller must hold vm_token.
 195  */
 196 static void
 197 vm_contig_pg_flush(int queue, int count)
 198 {
 199         while (count > 0) {
 200                 if (!vm_contig_pg_clean(queue))
 201                         break;
 202                 --count;
 203         }
 204 }
 205 /*
 206  * vm_contig_pg_alloc:
 207  *
 208  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 209  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 210  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 211  *
 212  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 213  * statistics and for allocations of less than a page.
 214  *
 215  * The caller must hold vm_token.
 216  */
 217 static int
 218 vm_contig_pg_alloc(unsigned long size, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 219                    unsigned long alignment, unsigned long boundary, int mflags)
 220 {
 221         int i, start, pass;
 222         vm_offset_t phys;
 223         vm_page_t pga = vm_page_array;
 224         vm_page_t m;
 225         int pqtype;
 226
 227         size = round_page(size);
 228         if (size == 0)
 229                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 230         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 231                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 232         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 233                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 234
 235         start = 0;
 236         crit_enter();
 237
 238         /*
 239          * Three passes (0, 1, 2).  Each pass scans the VM page list for
 240          * free or cached pages.  After each pass if the entire scan failed
 241          * we attempt to flush inactive pages and reset the start index back
 242          * to 0.  For passes 1 and 2 we also attempt to flush active pages.
 243          */
 244         for (pass = 0; pass < 3; pass++) {
 245                 /*
 246                  * Find first page in array that is free, within range,
 247                  * aligned, and such that the boundary won't be crossed.
 248                  */
 249 again:
 250                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 251                         m = &pga[i];
 252                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
 253                         pqtype = m->queue - m->pc;
 254                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 255                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 256                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 257                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0) &&
 258                             m->busy == 0 && m->wire_count == 0 &&
 259                             m->hold_count == 0 && (m->flags & PG_BUSY) == 0
 260
 261                         ) {
 262                                 break;
 263                         }
 264                 }
 265
 266                 /*
 267                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 268                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 269                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 270                  * normal state.
 271                  */
 272                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 273                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 274
 275                         /*
 276                          * Best effort flush of all inactive pages.
 277                          * This is quite quick, for now stall all
 278                          * callers, even if they've specified M_NOWAIT.
 279                          */
 280                         vm_contig_pg_flush(PQ_INACTIVE,
 281                                             vmstats.v_inactive_count);
 282
 283                         crit_exit(); /* give interrupts a chance */
 284                         crit_enter();
 285
 286                         /*
 287                          * Best effort flush of active pages.
 288                          *
 289                          * This is very, very slow.
 290                          * Only do this if the caller has agreed to M_WAITOK.
 291                          *
 292                          * If enough pages are flushed, we may succeed on
 293                          * next (final) pass, if not the caller, contigmalloc(),
 294                          * will fail in the index < 0 case.
 295                          */
 296                         if (pass > 0 && (mflags & M_WAITOK)) {
 297                                 vm_contig_pg_flush (PQ_ACTIVE,
 298                                                     vmstats.v_active_count);
 299                         }
 300
 301                         /*
 302                          * We're already too high in the address space
 303                          * to succeed, reset to 0 for the next iteration.
 304                          */
 305                         start = 0;
 306                         crit_exit(); /* give interrupts a chance */
 307                         crit_enter();
 308                         continue;       /* next pass */
 309                 }
 310                 start = i;
 311
 312                 /*
 313                  * Check successive pages for contiguous and free.
 314                  *
 315                  * (still in critical section)
 316                  */
 317                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 318                         m = &pga[i];
 319                         pqtype = m->queue - m->pc;
 320                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&m[0]) !=
 321                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&m[-1]) + PAGE_SIZE)) ||
 322                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE)) ||
 323                             m->busy || m->wire_count ||
 324                             m->hold_count || (m->flags & PG_BUSY)
 325                         ) {
 326                                 start++;
 327                                 goto again;
 328                         }
 329                 }
 330
 331                 /*
 332                  * (still in critical section)
 333                  */
 334                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 335                         m = &pga[i];
 336                         pqtype = m->queue - m->pc;
 337                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 338                                 vm_page_busy(m);
 339                                 vm_page_free(m);
 340                         }
 341                         KKASSERT(m->object == NULL);
 342                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 343                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 344                         if (m->flags & PG_ZERO)
 345                                 vm_page_zero_count--;
 346                         KASSERT(m->dirty == 0,
 347                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 348                         m->wire_count = 0;
 349                         m->busy = 0;
 350
 351                         /*
 352                          * Clear all flags except PG_ZERO and PG_WANTED.  This
 353                          * also clears PG_BUSY.
 354                          */
 355                         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO|PG_WANTED));
 356                 }
 357
 358                 /*
 359                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 360                  */
 361                 crit_exit();
 362                 return (start); /* aka &pga[start] */
 363         }
 364
 365         /*
 366          * Failed.
 367          */
 368         crit_exit();
 369         return (-1);
 370 }
 371
 372 /*
 373  * vm_contig_pg_free:
 374  *
 375  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 376  * assume all references to the pages have been removed, and that
 377  * it is OK to add them back to the free list.
 378  *
 379  * Caller must ensure no races on the page range in question.
 380  * No other requirements.
 381  */
 382 static void
 383 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 384 {
 385         vm_page_t pga = vm_page_array;
 386         vm_page_t m;
 387         int i;
 388
 389         size = round_page(size);
 390         if (size == 0)
 391                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 392
 393         lwkt_gettoken(&vm_token);
 394         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 395                 m = &pga[i];
 396                 vm_page_busy(m);
 397                 vm_page_free(m);
 398         }
 399         lwkt_reltoken(&vm_token);
 400 }
 401
 402 /*
 403  * vm_contig_pg_kmap:
 404  *
 405  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 406  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 407  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(&kernel_map, addr, size).
 408  *
 409  * No requirements.
 410  */
 411 static vm_offset_t
 412 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 413 {
 414         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 415         vm_page_t pga = vm_page_array;
 416         int i, count;
 417
 418         size = round_page(size);
 419         if (size == 0)
 420                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 421
 422         crit_enter();
 423         lwkt_gettoken(&vm_token);
 424
 425         /*
 426          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 427          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 428          * pointer.
 429          */
 430         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 431         vm_map_lock(map);
 432         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, PAGE_SIZE, 0, &addr) !=
 433             KERN_SUCCESS) {
 434                 /*
 435                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 436                  * space, so we don't make the allocated memory
 437                  * above available.
 438                  */
 439                 vm_map_unlock(map);
 440                 vm_map_entry_release(count);
 441                 lwkt_reltoken(&vm_token);
 442                 crit_exit();
 443                 return (0);
 444         }
 445
 446         /*
 447          * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
 448          */
 449         vm_object_hold(&kernel_object);
 450         vm_object_reference(&kernel_object);
 451         vm_map_insert(map, &count,
 452                       &kernel_object, addr,
 453                       addr, addr + size,
 454                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 455                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 456                       0);
 457         vm_map_unlock(map);
 458         vm_map_entry_release(count);
 459
 460         tmp_addr = addr;
 461         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 462                 vm_page_t m = &pga[i];
 463                 vm_page_insert(m, &kernel_object, OFF_TO_IDX(tmp_addr));
 464                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 465                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 466                 m->flags = 0;
 467                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 468         }
 469         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 470
 471         vm_object_drop(&kernel_object);
 472
 473         lwkt_reltoken(&vm_token);
 474         crit_exit();
 475         return (addr);
 476 }
 477
 478 /*
 479  * No requirements.
 480  */
 481 void *
 482 contigmalloc(
 483         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 484         struct malloc_type *type,
 485         int flags,
 486         vm_paddr_t low,
 487         vm_paddr_t high,
 488         unsigned long alignment,
 489         unsigned long boundary)
 490 {
 491         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 492                         boundary, &kernel_map);
 493 }
 494
 495 /*
 496  * No requirements.
 497  */
 498 void *
 499 contigmalloc_map(
 500         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 501         struct malloc_type *type,
 502         int flags,
 503         vm_paddr_t low,
 504         vm_paddr_t high,
 505         unsigned long alignment,
 506         unsigned long boundary,
 507         vm_map_t map)
 508 {
 509         int index;
 510         void *rv;
 511
 512         lwkt_gettoken(&vm_token);
 513         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary, flags);
 514         if (index < 0) {
 515                 kprintf("contigmalloc_map: failed size %lu low=%llx "
 516                         "high=%llx align=%lu boundary=%lu flags=%08x\n",
 517                         size, (long long)low, (long long)high,
 518                         alignment, boundary, flags);
 519                 lwkt_reltoken(&vm_token);
 520                 return NULL;
 521         }
 522
 523         rv = (void *)vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 524         if (rv == NULL)
 525                 vm_contig_pg_free(index, size);
 526         lwkt_reltoken(&vm_token);
 527
 528         return rv;
 529 }
 530
 531 /*
 532  * No requirements.
 533  */
 534 void
 535 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 536 {
 537         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 538 }
 539
 540 /*
 541  * No requirements.
 542  */
 543 vm_offset_t
 544 vm_page_alloc_contig(
 545         vm_offset_t size,
 546         vm_paddr_t low,
 547         vm_paddr_t high,
 548         vm_offset_t alignment)
 549 {
 550         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 551                                 high, alignment, 0ul, &kernel_map));
 552 }