sys/vm/vm_kern.c

   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  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  *      from: @(#)vm_kern.c     8.3 (Berkeley) 1/12/94
  37  *
  38  *
  39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  40  * All rights reserved.
  41  *
  42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  43  *
  44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  49  *
  50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  53  *
  54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  55  *
  56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  57  *  School of Computer Science
  58  *  Carnegie Mellon University
  59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  60  *
  61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  62  * rights to redistribute these changes.
  63  *
  64  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_kern.c,v 1.61.2.2 2002/03/12 18:25:26 tegge Exp $
  65  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_kern.c,v 1.28 2007/01/02 04:52:31 dillon Exp $
  66  */
  67
  68 /*
  69  *      Kernel memory management.
  70  */
  71
  72 #include <sys/param.h>
  73 #include <sys/systm.h>
  74 #include <sys/proc.h>
  75 #include <sys/malloc.h>
  76 #include <sys/kernel.h>
  77 #include <sys/sysctl.h>
  78
  79 #include <vm/vm.h>
  80 #include <vm/vm_param.h>
  81 #include <sys/lock.h>
  82 #include <vm/pmap.h>
  83 #include <vm/vm_map.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_kern.h>
  88 #include <vm/vm_extern.h>
  89
  90 struct vm_map kernel_map;
  91 struct vm_map exec_map;
  92 struct vm_map clean_map;
  93 struct vm_map buffer_map;
  94
  95 /*
  96  *      kmem_alloc_pageable:
  97  *
  98  *      Allocate pageable memory to the kernel's address map.
  99  *      "map" must be kernel_map or a submap of kernel_map.
 100  */
 101 vm_offset_t
 102 kmem_alloc_pageable(vm_map_t map, vm_size_t size)
 103 {
 104         vm_offset_t addr;
 105         int result;
 106
 107         size = round_page(size);
 108         addr = vm_map_min(map);
 109         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 110                              &addr, size,
 111                              TRUE,
 112                              VM_MAPTYPE_NORMAL,
 113                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 114                              0);
 115         if (result != KERN_SUCCESS) {
 116                 return (0);
 117         }
 118         return (addr);
 119 }
 120
 121 /*
 122  *      kmem_alloc_nofault:
 123  *
 124  *      Same as kmem_alloc_pageable, except that it create a nofault entry.
 125  */
 126 vm_offset_t
 127 kmem_alloc_nofault(vm_map_t map, vm_size_t size)
 128 {
 129         vm_offset_t addr;
 130         int result;
 131
 132         size = round_page(size);
 133         addr = vm_map_min(map);
 134         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 135                              &addr, size,
 136                              TRUE,
 137                              VM_MAPTYPE_NORMAL,
 138                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 139                              MAP_NOFAULT);
 140         if (result != KERN_SUCCESS) {
 141                 return (0);
 142         }
 143         return (addr);
 144 }
 145
 146 /*
 147  *      Allocate wired-down memory in the kernel's address map
 148  *      or a submap.
 149  */
 150 vm_offset_t
 151 kmem_alloc3(vm_map_t map, vm_size_t size, int kmflags)
 152 {
 153         vm_offset_t addr;
 154         vm_offset_t i;
 155         int count;
 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         /*
 165          * Use the kernel object for wired-down kernel pages. Assume that no
 166          * region of the kernel object is referenced more than once.
 167          *
 168          * Locate sufficient space in the map.  This will give us the final
 169          * virtual address for the new memory, and thus will tell us the
 170          * offset within the kernel map.
 171          */
 172         vm_map_lock(map);
 173         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr)) {
 174                 vm_map_unlock(map);
 175                 if (kmflags & KM_KRESERVE)
 176                         vm_map_entry_krelease(count);
 177                 else
 178                         vm_map_entry_release(count);
 179                 return (0);
 180         }
 181         vm_object_reference(&kernel_object);
 182         vm_map_insert(map, &count,
 183                       &kernel_object, addr, addr, addr + size,
 184                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 185                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 186                       0);
 187         vm_map_unlock(map);
 188         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 189                 vm_map_entry_krelease(count);
 190         else
 191                 vm_map_entry_release(count);
 192
 193         /*
 194          * Guarantee that there are pages already in this object before
 195          * calling vm_map_wire.  This is to prevent the following
 196          * scenario:
 197          *
 198          * 1) Threads have swapped out, so that there is a pager for the
 199          * kernel_object. 2) The kmsg zone is empty, and so we are
 200          * kmem_allocing a new page for it. 3) vm_map_wire calls vm_fault;
 201          * there is no page, but there is a pager, so we call
 202          * pager_data_request.  But the kmsg zone is empty, so we must
 203          * kmem_alloc. 4) goto 1 5) Even if the kmsg zone is not empty: when
 204          * we get the data back from the pager, it will be (very stale)
 205          * non-zero data.  kmem_alloc is defined to return zero-filled memory.
 206          *
 207          * We're intentionally not activating the pages we allocate to prevent a
 208          * race with page-out.  vm_map_wire will wire the pages.
 209          */
 210
 211         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 212                 vm_page_t mem;
 213
 214                 mem = vm_page_grab(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i),
 215                             VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
 216                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
 217                         vm_page_zero_fill(mem);
 218                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 219                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
 220                 vm_page_wakeup(mem);
 221         }
 222
 223         /*
 224          * And finally, mark the data as non-pageable.
 225          */
 226
 227         vm_map_wire(map, (vm_offset_t) addr, addr + size, kmflags);
 228
 229         return (addr);
 230 }
 231
 232 /*
 233  *      kmem_free:
 234  *
 235  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 236  *      with kmem_alloc, and return the physical pages
 237  *      associated with that region.
 238  *
 239  *      This routine may not block on kernel maps.
 240  */
 241 void
 242 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 243 {
 244         vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 245 }
 246
 247 /*
 248  *      kmem_suballoc:
 249  *
 250  *      Used to break a system map into smaller maps, usually to reduce
 251  *      contention and to provide large KVA spaces for subsystems like the
 252  *      buffer cache.
 253  *
 254  *      parent          Map to take range from
 255  *      result
 256  *      size            Size of range to find
 257  *      min, max        Returned endpoints of map
 258  *      pageable        Can the region be paged
 259  */
 260 void
 261 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_map_t result,
 262               vm_offset_t *min, vm_offset_t *max, vm_size_t size)
 263 {
 264         int ret;
 265
 266         size = round_page(size);
 267
 268         *min = (vm_offset_t) vm_map_min(parent);
 269         ret = vm_map_find(parent, NULL, (vm_offset_t) 0,
 270                           min, size,
 271                           TRUE,
 272                           VM_MAPTYPE_UNSPECIFIED,
 273                           VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 274                           0);
 275         if (ret != KERN_SUCCESS) {
 276                 kprintf("kmem_suballoc: bad status return of %d.\n", ret);
 277                 panic("kmem_suballoc");
 278         }
 279         *max = *min + size;
 280         pmap_reference(vm_map_pmap(parent));
 281         vm_map_init(result, *min, *max, vm_map_pmap(parent));
 282         if ((ret = vm_map_submap(parent, *min, *max, result)) != KERN_SUCCESS)
 283                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 284 }
 285
 286 /*
 287  *      kmem_alloc_wait:
 288  *
 289  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 290  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 291  *
 292  *      This routine may block.
 293  */
 294
 295 vm_offset_t
 296 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 297 {
 298         vm_offset_t addr;
 299         int count;
 300
 301         size = round_page(size);
 302
 303         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 304
 305         for (;;) {
 306                 /*
 307                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 308                  * to lock out sleepers/wakers.
 309                  */
 310                 vm_map_lock(map);
 311                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) == 0)
 312                         break;
 313                 /* no space now; see if we can ever get space */
 314                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 315                         vm_map_entry_release(count);
 316                         vm_map_unlock(map);
 317                         return (0);
 318                 }
 319                 vm_map_unlock(map);
 320                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
 321         }
 322         vm_map_insert(map, &count,
 323                       NULL, (vm_offset_t) 0,
 324                       addr, addr + size,
 325                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 326                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 327                       0);
 328         vm_map_unlock(map);
 329         vm_map_entry_release(count);
 330         return (addr);
 331 }
 332
 333 /*
 334  *      kmem_free_wakeup:
 335  *
 336  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 337  *      waiting for memory in that map.
 338  */
 339 void
 340 kmem_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 341 {
 342         int count;
 343
 344         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 345         vm_map_lock(map);
 346         vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
 347         wakeup(map);
 348         vm_map_unlock(map);
 349         vm_map_entry_release(count);
 350 }
 351
 352 /*
 353  *      kmem_init:
 354  *
 355  *      Create the kernel_map and insert mappings to cover areas already
 356  *      allocated or reserved thus far.  That is, the area (KvaStart,start)
 357  *      and (end,KvaEnd) must be marked as allocated.
 358  *
 359  *      We could use a min_offset of 0 instead of KvaStart, but since the
 360  *      min_offset is not used for any calculations other then a bounds check
 361  *      it does not effect readability.  KvaStart is more appropriate.
 362  *
 363  *      Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
 364  */
 365 void
 366 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 367 {
 368         vm_map_t m;
 369         int count;
 370
 371         m = vm_map_create(&kernel_map, &kernel_pmap, KvaStart, KvaEnd);
 372         vm_map_lock(m);
 373         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 374         m->system_map = 1;
 375         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 376         if (KvaStart != start) {
 377                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 378                               KvaStart, start,
 379                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 380                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 381                               0);
 382         }
 383         if (KvaEnd != end) {
 384                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 385                               end, KvaEnd,
 386                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 387                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 388                               0);
 389         }
 390         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 391         vm_map_unlock(m);
 392         vm_map_entry_release(count);
 393 }
 394
 395 static int
 396 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 397 {
 398         unsigned long ksize = KvaSize;
 399
 400         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
 401 }
 402 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
 403     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
 404
 405 static int
 406 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 407 {
 408         unsigned long kfree = virtual_end - kernel_vm_end;
 409
 410         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
 411 }
 412 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
 413     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
 414