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 1.9 2004/08/17 18:57:36 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 #include <vm/vm_page2.h>
 120
 121 /*
 122  * vm_contig_pg_clean:
 123  *
 124  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
 125  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
 126  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 127  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 128  * is taken for cleanup:
 129  *
 130  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 131  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 132  *      start and end of '0'.
 133  *
 134  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 135  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 136  */
 137 static int
 138 vm_contig_pg_clean(int queue)
 139 {
 140         vm_object_t object;
 141         vm_page_t m, m_tmp, next;
 142
 143         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[queue].pl); m != NULL; m = next) {
 144                 KASSERT(m->queue == queue,
 145                         ("vm_contig_clean: page %p's queue is not %d", m, queue));
 146
 147                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
 148
 149                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
 150                         return (TRUE);
 151
 152                 vm_page_test_dirty(m);
 153                 if (m->dirty) {
 154                         object = m->object;
 155                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 156                                 vn_lock(object->handle, NULL,
 157                                         LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
 158                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 159                                 VOP_UNLOCK(((struct vnode *)object->handle),
 160                                             NULL, 0, curthread);
 161                                 return (TRUE);
 162                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 163                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 164                                 m_tmp = m;
 165                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 166                                 return (TRUE);
 167                         }
 168                 }
 169
 170                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
 171                         vm_page_cache(m);
 172         }
 173
 174         return (FALSE);
 175 }
 176
 177 /*
 178  * vm_contig_pg_alloc:
 179  *
 180  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 181  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 182  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 183  *
 184  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 185  * statistics and for allocations of less than a page.
 186  *
 187  */
 188 int
 189 vm_contig_pg_alloc(
 190         unsigned long size,
 191         vm_paddr_t low,
 192         vm_paddr_t high,
 193         unsigned long alignment,
 194         unsigned long boundary)
 195 {
 196         int i, s, start, pass;
 197         vm_offset_t phys;
 198         vm_page_t pga = vm_page_array;
 199
 200         size = round_page(size);
 201         if (size == 0)
 202                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 203         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 204                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 205         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 206                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 207
 208         start = 0;
 209         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
 210                 s = splvm();
 211 again:
 212                 /*
 213                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
 214                  * such that the boundary won't be crossed.
 215                  */
 216                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 217                         int pqtype;
 218                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
 219                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
 220                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 221                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 222                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 223                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
 224                                 break;
 225                 }
 226
 227                 /*
 228                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 229                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 230                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 231                  * normal state.
 232                  */
 233                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 234                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 235
 236 again1:
 237                         if (vm_contig_pg_clean(PQ_INACTIVE))
 238                                 goto again1;
 239                         if (vm_contig_pg_clean(PQ_ACTIVE))
 240                                 goto again1;
 241
 242                         splx(s);
 243                         continue;       /* next pass */
 244                 }
 245                 start = i;
 246
 247                 /*
 248                  * Check successive pages for contiguous and free.
 249                  */
 250                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 251                         int pqtype;
 252                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
 253                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
 254                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
 255                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
 256                                 start++;
 257                                 goto again;
 258                         }
 259                 }
 260
 261                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 262                         int pqtype;
 263                         vm_page_t m = &pga[i];
 264
 265                         pqtype = m->queue - m->pc;
 266                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 267                                 vm_page_busy(m);
 268                                 vm_page_free(m);
 269                         }
 270                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 271                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 272                         if (m->flags & PG_ZERO)
 273                                 vm_page_zero_count--;
 274                         /* Don't clear the PG_ZERO flag, we'll need it later. */
 275                         m->flags &= PG_ZERO;
 276                         KASSERT(m->dirty == 0,
 277                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 278                         m->wire_count = 0;
 279                         m->busy = 0;
 280                         m->object = NULL;
 281                 }
 282
 283                 /*
 284                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 285                  */
 286
 287                 splx(s);
 288                 return (start); /* aka &pga[start] */
 289         }
 290
 291         /*
 292          * Failed.
 293          */
 294         splx(s);
 295         return (-1);
 296 }
 297
 298 /*
 299  * vm_contig_pg_free:
 300  *
 301  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 302  * assume all references to the pages have been removed, and that
 303  * it is OK to add them back to the free list.
 304  */
 305 void
 306 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 307 {
 308         vm_page_t pga = vm_page_array;
 309         int i;
 310
 311         size = round_page(size);
 312         if (size == 0)
 313                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 314
 315         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 316                 vm_page_free(&pga[i]);
 317         }
 318 }
 319
 320 /*
 321  * vm_contig_pg_kmap:
 322  *
 323  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 324  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 325  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(kernel_map, addr, size).
 326  */
 327 vm_offset_t
 328 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 329 {
 330         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 331         vm_page_t pga = vm_page_array;
 332         int i, s, count;
 333
 334         size = round_page(size);
 335         if (size == 0)
 336                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 337
 338         s = splvm();    /* XXX: is this really needed? */
 339
 340         /*
 341          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 342          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 343          * pointer.
 344          */
 345         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 346         vm_map_lock(map);
 347         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) !=
 348             KERN_SUCCESS) {
 349                 /*
 350                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 351                  * space, so we don't make the allocated memory
 352                  * above available.
 353                  */
 354                 vm_map_unlock(map);
 355                 vm_map_entry_release(count);
 356                 splx(s);
 357                 return (0);
 358         }
 359         vm_object_reference(kernel_object);
 360         vm_map_insert(map, &count,
 361             kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 362             addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 363         vm_map_unlock(map);
 364         vm_map_entry_release(count);
 365
 366         tmp_addr = addr;
 367         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 368                 vm_page_t m = &pga[i];
 369                 vm_page_insert(m, kernel_object,
 370                         OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
 371                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 372                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 373                 m->flags = 0;
 374                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 375         }
 376         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 377
 378         splx(s);
 379         return (addr);
 380 }
 381
 382 void *
 383 contigmalloc(
 384         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 385         struct malloc_type *type,
 386         int flags,
 387         vm_paddr_t low,
 388         vm_paddr_t high,
 389         unsigned long alignment,
 390         unsigned long boundary)
 391 {
 392         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 393                         boundary, kernel_map);
 394 }
 395
 396 void *
 397 contigmalloc_map(
 398         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 399         struct malloc_type *type,
 400         int flags,
 401         vm_paddr_t low,
 402         vm_paddr_t high,
 403         unsigned long alignment,
 404         unsigned long boundary,
 405         vm_map_t map)
 406 {
 407         int index;
 408         void *rv;
 409
 410         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary);
 411         if (index < 0) {
 412                 printf("contigmalloc_map: failed in index < 0 case!");
 413                 return NULL;
 414         }
 415
 416         rv = (void *) vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 417         if (!rv)
 418                 vm_contig_pg_free(index, size);
 419
 420         return rv;
 421 }
 422
 423 void
 424 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 425 {
 426         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 427 }
 428
 429 vm_offset_t
 430 vm_page_alloc_contig(
 431         vm_offset_t size,
 432         vm_paddr_t low,
 433         vm_paddr_t high,
 434         vm_offset_t alignment)
 435 {
 436         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 437                                 high, alignment, 0ul, kernel_map));
 438 }