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 1.29 2007/06/07 23:14:29 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 clean_map;
  92 struct vm_map buffer_map;
  93
  94 /*
  95  *      kmem_alloc_pageable:
  96  *
  97  *      Allocate pageable memory to the kernel's address map.
  98  *      "map" must be kernel_map or a submap of kernel_map.
  99  */
 100 vm_offset_t
 101 kmem_alloc_pageable(vm_map_t map, vm_size_t size)
 102 {
 103         vm_offset_t addr;
 104         int result;
 105
 106         size = round_page(size);
 107         addr = vm_map_min(map);
 108         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 109                              &addr, size, PAGE_SIZE,
 110                              TRUE, VM_MAPTYPE_NORMAL,
 111                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 112                              0);
 113         if (result != KERN_SUCCESS) {
 114                 return (0);
 115         }
 116         return (addr);
 117 }
 118
 119 /*
 120  *      kmem_alloc_nofault:
 121  *
 122  *      Same as kmem_alloc_pageable, except that it create a nofault entry.
 123  */
 124 vm_offset_t
 125 kmem_alloc_nofault(vm_map_t map, vm_size_t size, vm_size_t align)
 126 {
 127         vm_offset_t addr;
 128         int result;
 129
 130         size = round_page(size);
 131         addr = vm_map_min(map);
 132         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
 133                              &addr, size, align,
 134                              TRUE, VM_MAPTYPE_NORMAL,
 135                              VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 136                              MAP_NOFAULT);
 137         if (result != KERN_SUCCESS) {
 138                 return (0);
 139         }
 140         return (addr);
 141 }
 142
 143 /*
 144  *      Allocate wired-down memory in the kernel's address map
 145  *      or a submap.
 146  */
 147 vm_offset_t
 148 kmem_alloc3(vm_map_t map, vm_size_t size, int kmflags)
 149 {
 150         vm_offset_t addr;
 151         vm_offset_t i;
 152         int count;
 153
 154         size = round_page(size);
 155
 156         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 157                 count = vm_map_entry_kreserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 158         else
 159                 count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 160
 161         /*
 162          * Use the kernel object for wired-down kernel pages. Assume that no
 163          * region of the kernel object is referenced more than once.
 164          *
 165          * Locate sufficient space in the map.  This will give us the final
 166          * virtual address for the new memory, and thus will tell us the
 167          * offset within the kernel map.
 168          */
 169         vm_map_lock(map);
 170         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, PAGE_SIZE, 0, &addr)) {
 171                 vm_map_unlock(map);
 172                 if (kmflags & KM_KRESERVE)
 173                         vm_map_entry_krelease(count);
 174                 else
 175                         vm_map_entry_release(count);
 176                 return (0);
 177         }
 178         vm_object_reference(&kernel_object);
 179         vm_map_insert(map, &count,
 180                       &kernel_object, addr, addr, addr + size,
 181                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 182                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 183                       0);
 184         vm_map_unlock(map);
 185         if (kmflags & KM_KRESERVE)
 186                 vm_map_entry_krelease(count);
 187         else
 188                 vm_map_entry_release(count);
 189
 190         /*
 191          * Guarantee that there are pages already in this object before
 192          * calling vm_map_wire.  This is to prevent the following
 193          * scenario:
 194          *
 195          * 1) Threads have swapped out, so that there is a pager for the
 196          * kernel_object. 2) The kmsg zone is empty, and so we are
 197          * kmem_allocing a new page for it. 3) vm_map_wire calls vm_fault;
 198          * there is no page, but there is a pager, so we call
 199          * pager_data_request.  But the kmsg zone is empty, so we must
 200          * kmem_alloc. 4) goto 1 5) Even if the kmsg zone is not empty: when
 201          * we get the data back from the pager, it will be (very stale)
 202          * non-zero data.  kmem_alloc is defined to return zero-filled memory.
 203          *
 204          * We're intentionally not activating the pages we allocate to prevent a
 205          * race with page-out.  vm_map_wire will wire the pages.
 206          */
 207
 208         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 209                 vm_page_t mem;
 210
 211                 mem = vm_page_grab(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i),
 212                             VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
 213                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
 214                         vm_page_zero_fill(mem);
 215                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 216                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
 217                 vm_page_wakeup(mem);
 218         }
 219
 220         /*
 221          * And finally, mark the data as non-pageable.
 222          */
 223
 224         vm_map_wire(map, (vm_offset_t) addr, addr + size, kmflags);
 225
 226         return (addr);
 227 }
 228
 229 /*
 230  *      kmem_free:
 231  *
 232  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
 233  *      with kmem_alloc, and return the physical pages
 234  *      associated with that region.
 235  *
 236  *      WARNING!  If the caller entered pages into the region using
 237  *      pmap_kenter() it must remove the pages using pmap_kremove[_quick]()
 238  *      before freeing the underlying kmem, otherwise resident_count will
 239  *      be mistabulated.
 240  *
 241  *      This routine may not block on kernel maps.
 242  */
 243 void
 244 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 245 {
 246         vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
 247 }
 248
 249 /*
 250  *      kmem_suballoc:
 251  *
 252  *      Used to break a system map into smaller maps, usually to reduce
 253  *      contention and to provide large KVA spaces for subsystems like the
 254  *      buffer cache.
 255  *
 256  *      parent          Map to take range from
 257  *      result
 258  *      size            Size of range to find
 259  *      min, max        Returned endpoints of map
 260  *      pageable        Can the region be paged
 261  */
 262 void
 263 kmem_suballoc(vm_map_t parent, vm_map_t result,
 264               vm_offset_t *min, vm_offset_t *max, vm_size_t size)
 265 {
 266         int ret;
 267
 268         size = round_page(size);
 269
 270         *min = (vm_offset_t) vm_map_min(parent);
 271         ret = vm_map_find(parent, NULL, (vm_offset_t) 0,
 272                           min, size, PAGE_SIZE,
 273                           TRUE, VM_MAPTYPE_UNSPECIFIED,
 274                           VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 275                           0);
 276         if (ret != KERN_SUCCESS) {
 277                 kprintf("kmem_suballoc: bad status return of %d.\n", ret);
 278                 panic("kmem_suballoc");
 279         }
 280         *max = *min + size;
 281         pmap_reference(vm_map_pmap(parent));
 282         vm_map_init(result, *min, *max, vm_map_pmap(parent));
 283         if ((ret = vm_map_submap(parent, *min, *max, result)) != KERN_SUCCESS)
 284                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
 285 }
 286
 287 /*
 288  *      kmem_alloc_wait:
 289  *
 290  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
 291  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
 292  *
 293  *      This routine may block.
 294  */
 295
 296 vm_offset_t
 297 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
 298 {
 299         vm_offset_t addr;
 300         int count;
 301
 302         size = round_page(size);
 303
 304         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 305
 306         for (;;) {
 307                 /*
 308                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
 309                  * to lock out sleepers/wakers.
 310                  */
 311                 vm_map_lock(map);
 312                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map),
 313                                      size, PAGE_SIZE, 0, &addr) == 0) {
 314                         break;
 315                 }
 316                 /* no space now; see if we can ever get space */
 317                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
 318                         vm_map_entry_release(count);
 319                         vm_map_unlock(map);
 320                         return (0);
 321                 }
 322                 vm_map_unlock(map);
 323                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
 324         }
 325         vm_map_insert(map, &count,
 326                       NULL, (vm_offset_t) 0,
 327                       addr, addr + size,
 328                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 329                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 330                       0);
 331         vm_map_unlock(map);
 332         vm_map_entry_release(count);
 333         return (addr);
 334 }
 335
 336 /*
 337  *      kmem_free_wakeup:
 338  *
 339  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
 340  *      waiting for memory in that map.
 341  */
 342 void
 343 kmem_free_wakeup(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
 344 {
 345         int count;
 346
 347         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 348         vm_map_lock(map);
 349         vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
 350         wakeup(map);
 351         vm_map_unlock(map);
 352         vm_map_entry_release(count);
 353 }
 354
 355 /*
 356  *      kmem_init:
 357  *
 358  *      Create the kernel_map and insert mappings to cover areas already
 359  *      allocated or reserved thus far.  That is, the area (KvaStart,start)
 360  *      and (end,KvaEnd) must be marked as allocated.
 361  *
 362  *      virtual2_start/end is a cutout Between KvaStart and start,
 363  *      for x86_64 due to the location of KERNBASE (at -2G).
 364  *
 365  *      We could use a min_offset of 0 instead of KvaStart, but since the
 366  *      min_offset is not used for any calculations other then a bounds check
 367  *      it does not effect readability.  KvaStart is more appropriate.
 368  *
 369  *      Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
 370  */
 371 void
 372 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
 373 {
 374         vm_offset_t addr;
 375         vm_map_t m;
 376         int count;
 377
 378         m = vm_map_create(&kernel_map, &kernel_pmap, KvaStart, KvaEnd);
 379         vm_map_lock(m);
 380         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
 381         m->system_map = 1;
 382         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 383         addr = KvaStart;
 384         if (virtual2_start) {
 385                 if (addr < virtual2_start) {
 386                         vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 387                                       addr, virtual2_start,
 388                                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 389                                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 390                                       0);
 391                 }
 392                 addr = virtual2_end;
 393         }
 394         if (addr < start) {
 395                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 396                               addr, start,
 397                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 398                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 399                               0);
 400         }
 401         addr = end;
 402         if (addr < KvaEnd) {
 403                 vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
 404                               addr, KvaEnd,
 405                               VM_MAPTYPE_NORMAL,
 406                               VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 407                               0);
 408         }
 409         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
 410         vm_map_unlock(m);
 411         vm_map_entry_release(count);
 412 }
 413
 414 static int
 415 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 416 {
 417         unsigned long ksize = KvaSize;
 418
 419         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
 420 }
 421 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
 422     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
 423
 424 static int
 425 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 426 {
 427         unsigned long kfree = virtual_end - kernel_vm_end;
 428
 429         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
 430 }
 431 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
 432     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
 433