3ce29488b6230e4c7e4c69945788661a1b669833
[dragonfly.git] / 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 1.13 2004/01/14 23:26:14 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
77 #include <vm/vm.h>
78 #include <vm/vm_param.h>
79 #include <sys/lock.h>
80 #include <vm/pmap.h>
81 #include <vm/vm_map.h>
82 #include <vm/vm_object.h>
83 #include <vm/vm_page.h>
84 #include <vm/vm_pageout.h>
85 #include <vm/vm_kern.h>
86 #include <vm/vm_extern.h>
87
88 vm_map_t kernel_map=0;
89 vm_map_t exec_map=0;
90 vm_map_t clean_map=0;
91 vm_map_t buffer_map=0;
92 vm_map_t mb_map=0;
93 int mb_map_full=0;
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, TRUE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
111         if (result != KERN_SUCCESS) {
112                 return (0);
113         }
114         return (addr);
115 }
116
117 /*
118  *      kmem_alloc_nofault:
119  *
120  *      Same as kmem_alloc_pageable, except that it create a nofault entry.
121  */
122 vm_offset_t
123 kmem_alloc_nofault(vm_map_t map, vm_size_t size)
124 {
125         vm_offset_t addr;
126         int result;
127
128         size = round_page(size);
129         addr = vm_map_min(map);
130         result = vm_map_find(map, NULL, (vm_offset_t) 0,
131             &addr, size, TRUE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, MAP_NOFAULT);
132         if (result != KERN_SUCCESS) {
133                 return (0);
134         }
135         return (addr);
136 }
137
138 /*
139  *      Allocate wired-down memory in the kernel's address map
140  *      or a submap.
141  */
142 vm_offset_t
143 kmem_alloc3(vm_map_t map, vm_size_t size, int kmflags)
144 {
145         vm_offset_t addr;
146         vm_offset_t offset;
147         vm_offset_t i;
148         int count;
149
150         size = round_page(size);
151
152         if (kmflags & KM_KRESERVE)
153                 count = vm_map_entry_kreserve(MAP_RESERVE_COUNT);
154         else
155                 count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
156
157         /*
158          * Use the kernel object for wired-down kernel pages. Assume that no
159          * region of the kernel object is referenced more than once.
160          *
161          * Locate sufficient space in the map.  This will give us the final
162          * virtual address for the new memory, and thus will tell us the
163          * offset within the kernel map.
164          */
165         vm_map_lock(map);
166         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr)) {
167                 vm_map_unlock(map);
168                 if (kmflags & KM_KRESERVE)
169                         vm_map_entry_krelease(count);
170                 else
171                         vm_map_entry_release(count);
172                 return (0);
173         }
174         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
175         vm_object_reference(kernel_object);
176         vm_map_insert(map, &count,
177                 kernel_object, offset, addr, addr + size,
178                 VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
179         vm_map_unlock(map);
180         if (kmflags & KM_KRESERVE)
181                 vm_map_entry_krelease(count);
182         else
183                 vm_map_entry_release(count);
184
185         /*
186          * Guarantee that there are pages already in this object before
187          * calling vm_map_wire.  This is to prevent the following
188          * scenario:
189          *
190          * 1) Threads have swapped out, so that there is a pager for the
191          * kernel_object. 2) The kmsg zone is empty, and so we are
192          * kmem_allocing a new page for it. 3) vm_map_wire calls vm_fault;
193          * there is no page, but there is a pager, so we call
194          * pager_data_request.  But the kmsg zone is empty, so we must
195          * kmem_alloc. 4) goto 1 5) Even if the kmsg zone is not empty: when
196          * we get the data back from the pager, it will be (very stale)
197          * non-zero data.  kmem_alloc is defined to return zero-filled memory.
198          *
199          * We're intentionally not activating the pages we allocate to prevent a
200          * race with page-out.  vm_map_wire will wire the pages.
201          */
202
203         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
204                 vm_page_t mem;
205
206                 mem = vm_page_grab(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i),
207                                 VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
208                 if ((mem->flags & PG_ZERO) == 0)
209                         vm_page_zero_fill(mem);
210                 mem->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
211                 vm_page_flag_clear(mem, PG_ZERO);
212                 vm_page_wakeup(mem);
213         }
214
215         /*
216          * And finally, mark the data as non-pageable.
217          */
218
219         (void) vm_map_wire(map, (vm_offset_t) addr, addr + size, kmflags);
220
221         return (addr);
222 }
223
224 /*
225  *      kmem_free:
226  *
227  *      Release a region of kernel virtual memory allocated
228  *      with kmem_alloc, and return the physical pages
229  *      associated with that region.
230  *
231  *      This routine may not block on kernel maps.
232  */
233 void
234 kmem_free(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
235 {
236         (void) vm_map_remove(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size));
237 }
238
239 /*
240  *      kmem_suballoc:
241  *
242  *      Allocates a map to manage a subrange
243  *      of the kernel virtual address space.
244  *
245  *      Arguments are as follows:
246  *
247  *      parent          Map to take range from
248  *      size            Size of range to find
249  *      min, max        Returned endpoints of map
250  *      pageable        Can the region be paged
251  */
252 vm_map_t
253 kmem_suballoc(parent, min, max, size)
254         vm_map_t parent;
255         vm_offset_t *min, *max;
256         vm_size_t size;
257 {
258         int ret;
259         vm_map_t result;
260
261         size = round_page(size);
262
263         *min = (vm_offset_t) vm_map_min(parent);
264         ret = vm_map_find(parent, NULL, (vm_offset_t) 0,
265             min, size, TRUE, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
266         if (ret != KERN_SUCCESS) {
267                 printf("kmem_suballoc: bad status return of %d.\n", ret);
268                 panic("kmem_suballoc");
269         }
270         *max = *min + size;
271         pmap_reference(vm_map_pmap(parent));
272         result = vm_map_create(vm_map_pmap(parent), *min, *max);
273         if (result == NULL)
274                 panic("kmem_suballoc: cannot create submap");
275         if ((ret = vm_map_submap(parent, *min, *max, result)) != KERN_SUCCESS)
276                 panic("kmem_suballoc: unable to change range to submap");
277         return (result);
278 }
279
280 /*
281  *      kmem_malloc:
282  *
283  *      Allocate wired-down memory in the kernel's address map for the higher
284  *      level kernel memory allocator (kern/kern_malloc.c).  We cannot use
285  *      kmem_alloc() because we may need to allocate memory at interrupt
286  *      level where we cannot block (canwait == FALSE).
287  *
288  *      Note that this still only works in a uni-processor environment and
289  *      when called at splhigh().
290  *
291  *      We don't worry about expanding the map (adding entries) since entries
292  *      for wired maps are statically allocated.
293  *
294  *      NOTE:  This routine is not supposed to block if M_NOWAIT is set, but
295  *      I have not verified that it actually does not block.
296  */
297 vm_offset_t
298 kmem_malloc(vm_map_t map, vm_size_t size, int flags)
299 {
300         vm_offset_t offset, i;
301         vm_map_entry_t entry;
302         vm_offset_t addr;
303         vm_page_t m;
304         int count;
305
306         if (map != kernel_map && map != mb_map)
307                 panic("kmem_malloc: map != {kmem,mb}_map");
308
309         size = round_page(size);
310         addr = vm_map_min(map);
311
312         /*
313          * Locate sufficient space in the map.  This will give us the final
314          * virtual address for the new memory, and thus will tell us the
315          * offset within the kernel map.
316          */
317         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
318         vm_map_lock(map);
319         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr)) {
320                 vm_map_unlock(map);
321                 vm_map_entry_release(count);
322                 if (map == mb_map) {
323                         mb_map_full = TRUE;
324                         printf("Out of mbuf clusters - adjust NMBCLUSTERS or increase maxusers!\n");
325                         return (0);
326                 }
327                 if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
328                         panic("kmem_malloc(%ld): kernel_map too small: %ld total allocated",
329                                 (long)size, (long)map->size);
330                 return (0);
331         }
332         offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
333         vm_object_reference(kmem_object);
334         vm_map_insert(map, &count,
335                 kmem_object, offset, addr, addr + size,
336                 VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
337
338         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
339                 /*
340                  * Note: if M_NOWAIT specified alone, allocate from 
341                  * interrupt-safe queues only (just the free list).  If 
342                  * M_USE_RESERVE is also specified, we can also
343                  * allocate from the cache.  Neither of the latter two
344                  * flags may be specified from an interrupt since interrupts
345                  * are not allowed to mess with the cache queue.
346                  */
347 retry:
348                 m = vm_page_alloc(kmem_object, OFF_TO_IDX(offset + i),
349                     ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT) ?
350                         VM_ALLOC_INTERRUPT : 
351                         VM_ALLOC_SYSTEM);
352
353                 /*
354                  * Ran out of space, free everything up and return. Don't need
355                  * to lock page queues here as we know that the pages we got
356                  * aren't on any queues.
357                  */
358                 if (m == NULL) {
359                         if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
360                                 vm_map_unlock(map);
361                                 VM_WAIT;
362                                 vm_map_lock(map);
363                                 goto retry;
364                         }
365                         /* 
366                          * Free the pages before removing the map entry.
367                          * They are already marked busy.  Calling
368                          * vm_map_delete before the pages has been freed or
369                          * unbusied will cause a deadlock.
370                          */
371                         while (i != 0) {
372                                 i -= PAGE_SIZE;
373                                 m = vm_page_lookup(kmem_object,
374                                                    OFF_TO_IDX(offset + i));
375                                 vm_page_free(m);
376                         }
377                         vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
378                         vm_map_unlock(map);
379                         vm_map_entry_release(count);
380                         return (0);
381                 }
382                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
383                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
384         }
385
386         /*
387          * Mark map entry as non-pageable. Assert: vm_map_insert() will never
388          * be able to extend the previous entry so there will be a new entry
389          * exactly corresponding to this address range and it will have
390          * wired_count == 0.
391          */
392         if (!vm_map_lookup_entry(map, addr, &entry) ||
393             entry->start != addr || entry->end != addr + size ||
394             entry->wired_count != 0)
395                 panic("kmem_malloc: entry not found or misaligned");
396         entry->wired_count = 1;
397
398         vm_map_simplify_entry(map, entry, &count);
399
400         /*
401          * Loop thru pages, entering them in the pmap. (We cannot add them to
402          * the wired count without wrapping the vm_page_queue_lock in
403          * splimp...)
404          */
405         for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
406                 m = vm_page_lookup(kmem_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
407                 vm_page_wire(m);
408                 vm_page_wakeup(m);
409                 /*
410                  * Because this is kernel_pmap, this call will not block.
411                  */
412                 pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
413                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
414         }
415         vm_map_unlock(map);
416         vm_map_entry_release(count);
417
418         return (addr);
419 }
420
421 /*
422  *      kmem_alloc_wait:
423  *
424  *      Allocates pageable memory from a sub-map of the kernel.  If the submap
425  *      has no room, the caller sleeps waiting for more memory in the submap.
426  *
427  *      This routine may block.
428  */
429
430 vm_offset_t
431 kmem_alloc_wait(vm_map_t map, vm_size_t size)
432 {
433         vm_offset_t addr;
434         int count;
435
436         size = round_page(size);
437
438         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
439
440         for (;;) {
441                 /*
442                  * To make this work for more than one map, use the map's lock
443                  * to lock out sleepers/wakers.
444                  */
445                 vm_map_lock(map);
446                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) == 0)
447                         break;
448                 /* no space now; see if we can ever get space */
449                 if (vm_map_max(map) - vm_map_min(map) < size) {
450                         vm_map_entry_release(count);
451                         vm_map_unlock(map);
452                         return (0);
453                 }
454                 vm_map_unlock(map);
455                 tsleep(map, 0, "kmaw", 0);
456         }
457         vm_map_insert(map, &count,
458                     NULL, (vm_offset_t) 0,
459                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
460         vm_map_unlock(map);
461         vm_map_entry_release(count);
462         return (addr);
463 }
464
465 /*
466  *      kmem_free_wakeup:
467  *
468  *      Returns memory to a submap of the kernel, and wakes up any processes
469  *      waiting for memory in that map.
470  */
471 void
472 kmem_free_wakeup(map, addr, size)
473         vm_map_t map;
474         vm_offset_t addr;
475         vm_size_t size;
476 {
477         int count;
478
479         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
480         vm_map_lock(map);
481         (void) vm_map_delete(map, trunc_page(addr), round_page(addr + size), &count);
482         wakeup(map);
483         vm_map_unlock(map);
484         vm_map_entry_release(count);
485 }
486
487 /*
488  *      kmem_init:
489  *
490  *      Create the kernel map; insert a mapping covering kernel text, 
491  *      data, bss, and all space allocated thus far (`boostrap' data).  The 
492  *      new map will thus map the range between VM_MIN_KERNEL_ADDRESS and 
493  *      `start' as allocated, and the range between `start' and `end' as free.
494  *
495  *      Depend on the zalloc bootstrap cache to get our vm_map_entry_t.
496  */
497 void
498 kmem_init(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
499 {
500         vm_map_t m;
501         int count;
502
503         m = vm_map_create(kernel_pmap, VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, end);
504         vm_map_lock(m);
505         /* N.B.: cannot use kgdb to debug, starting with this assignment ... */
506         kernel_map = m;
507         kernel_map->system_map = 1;
508         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
509         (void) vm_map_insert(m, &count, NULL, (vm_offset_t) 0,
510             VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, start, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
511         /* ... and ending with the completion of the above `insert' */
512         vm_map_unlock(m);
513         vm_map_entry_release(count);
514 }
515
516 /*
517  *      kmem_cpu_init:
518  *
519  *      Load up extra vm_map_entry structures in each cpu's globaldata
520  *      cache.  These allow us to expand the mapent zone for kernel_map.
521  *      Without them we would get into a recursion deadlock trying to
522  *      reserve map entries (reserve->zalloc->kmem_alloc->reserve->...)
523  */
524 void
525 kmem_cpu_init(void)
526 {
527         vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT * 2);
528 }
529