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_hold(&kernel_object);
 190         vm_object_reference_locked(&kernel_object);
 191         vm_map_insert(map, &count,
 192                       &kernel_object, addr, addr, addr + size,
 193                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 194                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 195                       cow);
 196         vm_object_drop(&kernel_object);
 197
 198         vm_map_unlock(map);
 199         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 200                 vm_map_entry_krelease(count);
 201         else
 202                 vm_map_entry_release(count);
 203
 204         /*
 205          * Guarantee that there are pages already in this object before
 206          * calling vm_map_wire.  This is to prevent the following
 207          * scenario:
 208          *
 209          * 1) Threads have swapped out, so that there is a pager for the
 210          * kernel_object. 2) The kmsg zone is empty, and so we are
 211          * kmem_allocing a new page for it. 3) vm_map_wire calls vm_fault;
 212          * there is no page, but there is a pager, so we call
 213          * pager_data_request.  But the kmsg zone is empty, so we must
 214          * kmem_alloc. 4) goto 1 5) Even if the kmsg zone is not empty: when
 215          * we get the data back from the pager, it will be (very stale)
 216          * non-zero data.  kmem_alloc is defined to return zero-filled memory.
 217          *
 218          * We're intentionally not activating the pages we allocate to prevent a
 219          * race with page-out.  vm_map_wire will wire the pages.
 220          */
 221         vm_object_hold(&kernel_object);
 222         for (i = gstart; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 223                 vm_page_t mem;
 224
 225                 mem = vm_page_grab(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i),
 226                             VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
 227                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
 228                         vm_page_zero_fill(mem);
 229                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 230                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
 231                 vm_page_wakeup(mem);
 232         }
 233         vm_object_drop(&kernel_object);
 234
 235         /*
 236          * And finally, mark the data as non-pageable.
 237          *
 238          * NOTE: vm_map_wire() handles any kstack guard.
 239          */
 240         vm_map_wire(map, (vm_offset_t)addr, addr + size, kmflags);
 241
 242         return (addr);
 243 }
 244
 245 /*
 246  * Release a region of kernel virtual memory allocated with kmem_alloc,
 247  * and return the physical pages associated with that region.
 248  *
 249  * WARNING!  If the caller entered pages into the region using pmap_kenter()
 250  * it must remove the pages using pmap_kremove[_quick]() before freeing the
 251  * underlying kmem, otherwise resident_count will be mistabulated.
 252  *
 253  * No requirements.
 254  */
 255 void
 256 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 257 {
 258         vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 259 }
 260
 261 /*
 262  * Used to break a system map into smaller maps, usually to reduce
 263  * contention and to provide large KVA spaces for subsystems like the
 264  * buffer cache.
 265  *
 266  *      parent          Map to take range from
 267  *      result
 268  *      size            Size of range to find
 269  *      min, max        Returned endpoints of map
 270  *      pageable        Can the region be paged
 271  *
 272  * No requirements.
 273  */
 274 void
 275 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_map_t result,
 276               vm_offset_t *min, vm_offset_t *max, vm_size_t size)
 277 {
 278         int ret;
 279
 280         size = round_page(size);
 281
 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 }
 298
 299 /*
 300  * Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 301  * has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 302  *
 303  * No requirements.
 304  */
 305 vm_offset_t
 306 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 307 {
 308         vm_offset_t addr;
 309         int count;
 310
 311         size = round_page(size);
 312
 313         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 314
 315         for (;;) {
 316                 /*
 317                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 318                  * to lock out sleepers/wakers.
 319                  */
 320                 vm_map_lock(map);
 321                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map),
 322                                      size, PAGE_SIZE, 0, &addr) == 0) {
 323                         break;
 324                 }
 325                 /* no space now; see if we can ever get space */
 326                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 327                         vm_map_entry_release(count);
 328                         vm_map_unlock(map);
 329                         return (0);
 330                 }
 331                 vm_map_unlock(map);
 332                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
 333         }
 334         vm_map_insert(map, &count,
 335                       NULL, (vm_offset_t) 0,
 336                       addr, addr + size,
 337                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 338                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 339                       0);
 340         vm_map_unlock(map);
 341         vm_map_entry_release(count);
 342
 343         return (addr);
 344 }
 345
 346 /*
 347  * Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 348  * waiting for memory in that map.
 349  *
 350  * No requirements.
 351  */
 352 void
 353 kmem_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 354 {
 355         int count;
 356
 357         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 358         vm_map_lock(map);
 359         vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
 360         wakeup(map);
 361         vm_map_unlock(map);
 362         vm_map_entry_release(count);
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Create the kernel_ma for (KvaStart,KvaEnd) and insert mappings to
 367  * cover areas already allocated or reserved thus far.
 368  *
 369  * The areas (virtual_start, virtual_end) and (virtual2_start, virtual2_end)
 370  * are available so the cutouts are the areas around these ranges between
 371  * KvaStart and KvaEnd.
 372  *
 373  * Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
 374  * Called from the low level boot code only.
 375  */
 376 void
 377 kmem_init(void)
 378 {
 379         vm_offset_t addr;
 380         vm_map_t m;
 381         int count;
 382
 383         m = vm_map_create(&kernel_map, &kernel_pmap, KvaStart, KvaEnd);
 384         vm_map_lock(m);
 385         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 386         m->system_map = 1;
 387         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 388         addr = KvaStart;
 389         if (virtual2_start) {
 390                 if (addr < virtual2_start) {
 391                         vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 392                                       addr, virtual2_start,
 393                                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 394                                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 395                                       0);
 396                 }
 397                 addr = virtual2_end;
 398         }
 399         if (addr < virtual_start) {
 400                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 401                               addr, virtual_start,
 402                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 403                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 404                               0);
 405         }
 406         addr = virtual_end;
 407         if (addr < KvaEnd) {
 408                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 409                               addr, KvaEnd,
 410                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 411                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 412                               0);
 413         }
 414         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 415         vm_map_unlock(m);
 416         vm_map_entry_release(count);
 417 }
 418
 419 /*
 420  * No requirements.
 421  */
 422 static int
 423 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 424 {
 425         unsigned long ksize = KvaSize;
 426
 427         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
 428 }
 429 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_ULONG|CTLFLAG_RD,
 430     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
 431
 432 /*
 433  * No requirements.
 434  */
 435 static int
 436 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 437 {
 438         unsigned long kfree = virtual_end - kernel_vm_end;
 439
 440         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
 441 }
 442 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_ULONG|CTLFLAG_RD,
 443     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
 444