sys/vm/vm_contig.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003, 2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Hiten Pandya <hmp@backplane.com>.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  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
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  */
  35 /*
  36  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
  37  * All rights reserved.
  38  *
  39  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  40  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
  41  *
  42  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  43  * modification, are permitted provided that the following conditions
  44  * are met:
  45  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  46  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  47  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  48  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  49  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  50  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  51  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  52  *    without specific prior written permission.
  53  *
  54  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  55  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  56  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  57  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  58  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  59  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  60  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  61  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  62  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  63  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  64  * SUCH DAMAGE.
  65  *
  66  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  67  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_contig.c,v 1.13 2005/02/22 21:35:33 dillon Exp $
  68  */
  69
  70 /*
  71  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  72  * All rights reserved.
  73  *
  74  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  75  *
  76  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  77  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  78  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  79  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  80  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  81  *
  82  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  83  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  84  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  85  *
  86  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  87  *
  88  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  89  *  School of Computer Science
  90  *  Carnegie Mellon University
  91  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  92  *
  93  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  94  * rights to redistribute these changes.
  95  */
  96
  97 /*
  98  * Contiguous memory allocation API.
  99  */
 100
 101 #include <sys/param.h>
 102 #include <sys/systm.h>
 103 #include <sys/malloc.h>
 104 #include <sys/proc.h>
 105 #include <sys/lock.h>
 106 #include <sys/vmmeter.h>
 107 #include <sys/vnode.h>
 108
 109 #include <vm/vm.h>
 110 #include <vm/vm_param.h>
 111 #include <vm/vm_kern.h>
 112 #include <vm/pmap.h>
 113 #include <vm/vm_map.h>
 114 #include <vm/vm_object.h>
 115 #include <vm/vm_page.h>
 116 #include <vm/vm_pageout.h>
 117 #include <vm/vm_pager.h>
 118 #include <vm/vm_extern.h>
 119
 120 #include <sys/thread2.h>
 121 #include <vm/vm_page2.h>
 122
 123 /*
 124  * vm_contig_pg_clean:
 125  *
 126  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
 127  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
 128  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 129  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 130  * is taken for cleanup:
 131  *
 132  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 133  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 134  *      start and end of '0'.
 135  *
 136  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 137  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 138  *
 139  * We must be in a critical section.
 140  */
 141 static int
 142 vm_contig_pg_clean(int queue)
 143 {
 144         vm_object_t object;
 145         vm_page_t m, m_tmp, next;
 146
 147         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[queue].pl); m != NULL; m = next) {
 148                 KASSERT(m->queue == queue,
 149                         ("vm_contig_clean: page %p's queue is not %d",
 150                         m, queue));
 151                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
 152
 153                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
 154                         return (TRUE);
 155
 156                 vm_page_test_dirty(m);
 157                 if (m->dirty) {
 158                         object = m->object;
 159                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 160                                 vn_lock(object->handle,
 161                                         LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
 162                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 163                                 VOP_UNLOCK(((struct vnode *)object->handle),
 164                                             0, curthread);
 165                                 return (TRUE);
 166                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 167                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 168                                 m_tmp = m;
 169                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 170                                 return (TRUE);
 171                         }
 172                 }
 173                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
 174                         vm_page_cache(m);
 175         }
 176         return (FALSE);
 177 }
 178
 179 /*
 180  * vm_contig_pg_flush:
 181  *
 182  * Attempt to flush (count) pages from the given page queue.   This may or
 183  * may not succeed.  Take up to <count> passes and delay 1/20 of a second
 184  * between each pass.
 185  */
 186 static void
 187 vm_contig_pg_flush(int queue, int count)
 188 {
 189         while (count > 0) {
 190                 if (!vm_contig_pg_clean(queue))
 191                         break;
 192                 --count;
 193         }
 194 }
 195 /*
 196  * vm_contig_pg_alloc:
 197  *
 198  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 199  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 200  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 201  *
 202  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 203  * statistics and for allocations of less than a page.
 204  */
 205 static int
 206 vm_contig_pg_alloc(unsigned long size, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 207         unsigned long alignment, unsigned long boundary, int mflags)
 208 {
 209         int i, start, pass;
 210         vm_offset_t phys;
 211         vm_page_t pga = vm_page_array;
 212         vm_page_t m;
 213         int pqtype;
 214
 215         size = round_page(size);
 216         if (size == 0)
 217                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 218         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 219                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 220         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 221                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 222
 223         start = 0;
 224         crit_enter();
 225
 226         /*
 227          * Three passes (0, 1, 2).  Each pass scans the VM page list for
 228          * free or cached pages.  After each pass if the entire scan failed
 229          * we attempt to flush inactive pages and reset the start index back
 230          * to 0.  For passes 1 and 2 we also attempt to flush active pages.
 231          */
 232         for (pass = 0; pass < 3; pass++) {
 233                 /*
 234                  * Find first page in array that is free, within range,
 235                  * aligned, and such that the boundary won't be crossed.
 236                  */
 237 again:
 238                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 239                         m = &pga[i];
 240                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
 241                         pqtype = m->queue - m->pc;
 242                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 243                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 244                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 245                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0) &&
 246                             m->busy == 0 && m->wire_count == 0 &&
 247                             m->hold_count == 0 && (m->flags & PG_BUSY) == 0
 248
 249                         ) {
 250                                 break;
 251                         }
 252                 }
 253
 254                 /*
 255                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 256                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 257                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 258                  * normal state.
 259                  */
 260                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 261                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 262
 263                         /*
 264                          * Best effort flush of all inactive pages.
 265                          * This is quite quick, for now stall all
 266                          * callers, even if they've specified M_NOWAIT.
 267                          */
 268                         vm_contig_pg_flush(PQ_INACTIVE,
 269                                             vmstats.v_inactive_count);
 270
 271                         crit_exit(); /* give interrupts a chance */
 272                         crit_enter();
 273
 274                         /*
 275                          * Best effort flush of active pages.
 276                          *
 277                          * This is very, very slow.
 278                          * Only do this if the caller has agreed to M_WAITOK.
 279                          *
 280                          * If enough pages are flushed, we may succeed on
 281                          * next (final) pass, if not the caller, contigmalloc(),
 282                          * will fail in the index < 0 case.
 283                          */
 284                         if (pass > 0 && (mflags & M_WAITOK)) {
 285                                 vm_contig_pg_flush (PQ_ACTIVE,
 286                                                     vmstats.v_active_count);
 287                         }
 288
 289                         /*
 290                          * We're already too high in the address space
 291                          * to succeed, reset to 0 for the next iteration.
 292                          */
 293                         start = 0;
 294                         crit_exit(); /* give interrupts a chance */
 295                         crit_enter();
 296                         continue;       /* next pass */
 297                 }
 298                 start = i;
 299
 300                 /*
 301                  * Check successive pages for contiguous and free.
 302                  *
 303                  * (still in critical section)
 304                  */
 305                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 306                         m = &pga[i];
 307                         pqtype = m->queue - m->pc;
 308                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&m[0]) !=
 309                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&m[-1]) + PAGE_SIZE)) ||
 310                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE)) ||
 311                             m->busy || m->wire_count ||
 312                             m->hold_count || (m->flags & PG_BUSY)
 313                         ) {
 314                                 start++;
 315                                 goto again;
 316                         }
 317                 }
 318
 319                 /*
 320                  * (still in critical section)
 321                  */
 322                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 323                         m = &pga[i];
 324                         pqtype = m->queue - m->pc;
 325                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 326                                 vm_page_busy(m);
 327                                 vm_page_free(m);
 328                         }
 329                         KKASSERT(m->object == NULL);
 330                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 331                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 332                         if (m->flags & PG_ZERO)
 333                                 vm_page_zero_count--;
 334                         /* Don't clear the PG_ZERO flag, we'll need it later. */
 335                         m->flags &= PG_ZERO;
 336                         KASSERT(m->dirty == 0,
 337                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 338                         m->wire_count = 0;
 339                         m->busy = 0;
 340                 }
 341
 342                 /*
 343                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 344                  */
 345                 crit_exit();
 346                 return (start); /* aka &pga[start] */
 347         }
 348
 349         /*
 350          * Failed.
 351          */
 352         crit_exit();
 353         return (-1);
 354 }
 355
 356 /*
 357  * vm_contig_pg_free:
 358  *
 359  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 360  * assume all references to the pages have been removed, and that
 361  * it is OK to add them back to the free list.
 362  */
 363 void
 364 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 365 {
 366         vm_page_t pga = vm_page_array;
 367         int i;
 368
 369         size = round_page(size);
 370         if (size == 0)
 371                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 372
 373         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 374                 vm_page_free(&pga[i]);
 375         }
 376 }
 377
 378 /*
 379  * vm_contig_pg_kmap:
 380  *
 381  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 382  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 383  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(kernel_map, addr, size).
 384  */
 385 vm_offset_t
 386 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 387 {
 388         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 389         vm_page_t pga = vm_page_array;
 390         int i, count;
 391
 392         size = round_page(size);
 393         if (size == 0)
 394                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 395
 396         crit_enter();
 397
 398         /*
 399          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 400          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 401          * pointer.
 402          */
 403         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 404         vm_map_lock(map);
 405         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) !=
 406             KERN_SUCCESS) {
 407                 /*
 408                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 409                  * space, so we don't make the allocated memory
 410                  * above available.
 411                  */
 412                 vm_map_unlock(map);
 413                 vm_map_entry_release(count);
 414                 crit_exit();
 415                 return (0);
 416         }
 417         vm_object_reference(kernel_object);
 418         vm_map_insert(map, &count,
 419             kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 420             addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 421         vm_map_unlock(map);
 422         vm_map_entry_release(count);
 423
 424         tmp_addr = addr;
 425         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 426                 vm_page_t m = &pga[i];
 427                 vm_page_insert(m, kernel_object,
 428                         OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
 429                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 430                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 431                 m->flags = 0;
 432                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 433         }
 434         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 435
 436         crit_exit();
 437         return (addr);
 438 }
 439
 440 void *
 441 contigmalloc(
 442         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 443         struct malloc_type *type,
 444         int flags,
 445         vm_paddr_t low,
 446         vm_paddr_t high,
 447         unsigned long alignment,
 448         unsigned long boundary)
 449 {
 450         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 451                         boundary, kernel_map);
 452 }
 453
 454 void *
 455 contigmalloc_map(
 456         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 457         struct malloc_type *type,
 458         int flags,
 459         vm_paddr_t low,
 460         vm_paddr_t high,
 461         unsigned long alignment,
 462         unsigned long boundary,
 463         vm_map_t map)
 464 {
 465         int index;
 466         void *rv;
 467
 468         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary, flags);
 469         if (index < 0) {
 470                 printf("contigmalloc_map: failed in index < 0 case!");
 471                 return NULL;
 472         }
 473
 474         rv = (void *)vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 475         if (!rv)
 476                 vm_contig_pg_free(index, size);
 477
 478         return rv;
 479 }
 480
 481 void
 482 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 483 {
 484         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 485 }
 486
 487 vm_offset_t
 488 vm_page_alloc_contig(
 489         vm_offset_t size,
 490         vm_paddr_t low,
 491         vm_paddr_t high,
 492         vm_offset_t alignment)
 493 {
 494         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 495                                 high, alignment, 0ul, kernel_map));
 496 }