sys/vm/vm_contig.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   3  *
   4  * Copyright (c) 2003, 2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   5  *
   6  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   7  * by Hiten Pandya <hmp@backplane.com>.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  *
  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
  17  *    the documentation and/or other materials provided with the
  18  *    distribution.
  19  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  20  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  21  *    from this software without specific, prior written permission.
  22  *
  23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  24  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  25  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  26  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  27  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  28  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  29  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  30  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  31  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  32  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  33  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  */
  37 /*
  38  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
  39  * All rights reserved.
  40  *
  41  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  42  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
  43  *
  44  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  45  * modification, are permitted provided that the following conditions
  46  * are met:
  47  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  48  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  49  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  50  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  51  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  52  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  53  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  54  *    without specific prior written permission.
  55  *
  56  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  57  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  58  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  59  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  60  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  61  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  62  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  63  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  64  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  65  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  66  * SUCH DAMAGE.
  67  *
  68  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  69  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_contig.c,v 1.21 2006/12/28 21:24:02 dillon Exp $
  70  */
  71
  72 /*
  73  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  74  * All rights reserved.
  75  *
  76  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  77  *
  78  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  79  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  80  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  81  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  82  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  83  *
  84  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  85  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  86  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  87  *
  88  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  89  *
  90  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  91  *  School of Computer Science
  92  *  Carnegie Mellon University
  93  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  94  *
  95  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  96  * rights to redistribute these changes.
  97  */
  98
  99 /*
 100  * Contiguous memory allocation API.
 101  */
 102
 103 #include <sys/param.h>
 104 #include <sys/systm.h>
 105 #include <sys/malloc.h>
 106 #include <sys/proc.h>
 107 #include <sys/lock.h>
 108 #include <sys/vmmeter.h>
 109 #include <sys/vnode.h>
 110
 111 #include <vm/vm.h>
 112 #include <vm/vm_param.h>
 113 #include <vm/vm_kern.h>
 114 #include <vm/pmap.h>
 115 #include <vm/vm_map.h>
 116 #include <vm/vm_object.h>
 117 #include <vm/vm_page.h>
 118 #include <vm/vm_pageout.h>
 119 #include <vm/vm_pager.h>
 120 #include <vm/vm_extern.h>
 121
 122 #include <sys/thread2.h>
 123 #include <vm/vm_page2.h>
 124
 125 /*
 126  * vm_contig_pg_clean:
 127  *
 128  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
 129  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
 130  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 131  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 132  * is taken for cleanup:
 133  *
 134  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 135  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 136  *      start and end of '0'.
 137  *
 138  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 139  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 140  *
 141  * The caller must hold vm_token.
 142  */
 143 static int
 144 vm_contig_pg_clean(int queue)
 145 {
 146         vm_object_t object;
 147         vm_page_t m, m_tmp, next;
 148
 149         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
 150
 151         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[queue].pl); m != NULL; m = next) {
 152                 KASSERT(m->queue == queue,
 153                         ("vm_contig_clean: page %p's queue is not %d",
 154                         m, queue));
 155                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
 156
 157                 if (m->flags & PG_MARKER)
 158                         continue;
 159
 160                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
 161                         return (TRUE);
 162
 163                 vm_page_test_dirty(m);
 164                 if (m->dirty) {
 165                         object = m->object;
 166                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 167                                 vn_lock(object->handle, LK_EXCLUSIVE|LK_RETRY);
 168                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 169                                 vn_unlock(((struct vnode *)object->handle));
 170                                 return (TRUE);
 171                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 172                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 173                                 m_tmp = m;
 174                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 175                                 return (TRUE);
 176                         }
 177                 }
 178                 KKASSERT(m->busy == 0);
 179                 if (m->dirty == 0 && m->hold_count == 0) {
 180                         vm_page_busy(m);
 181                         vm_page_cache(m);
 182                 }
 183         }
 184         return (FALSE);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * vm_contig_pg_flush:
 189  *
 190  * Attempt to flush (count) pages from the given page queue.   This may or
 191  * may not succeed.  Take up to <count> passes and delay 1/20 of a second
 192  * between each pass.
 193  *
 194  * The caller must hold vm_token.
 195  */
 196 static void
 197 vm_contig_pg_flush(int queue, int count)
 198 {
 199         while (count > 0) {
 200                 if (!vm_contig_pg_clean(queue))
 201                         break;
 202                 --count;
 203         }
 204 }
 205 /*
 206  * vm_contig_pg_alloc:
 207  *
 208  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 209  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 210  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 211  *
 212  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 213  * statistics and for allocations of less than a page.
 214  *
 215  * The caller must hold vm_token.
 216  */
 217 static int
 218 vm_contig_pg_alloc(unsigned long size, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 219                    unsigned long alignment, unsigned long boundary, int mflags)
 220 {
 221         int i, start, pass;
 222         vm_offset_t phys;
 223         vm_page_t pga = vm_page_array;
 224         vm_page_t m;
 225         int pqtype;
 226
 227         size = round_page(size);
 228         if (size == 0)
 229                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 230         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 231                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 232         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 233                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 234
 235         start = 0;
 236
 237         /*
 238          * Three passes (0, 1, 2).  Each pass scans the VM page list for
 239          * free or cached pages.  After each pass if the entire scan failed
 240          * we attempt to flush inactive pages and reset the start index back
 241          * to 0.  For passes 1 and 2 we also attempt to flush active pages.
 242          */
 243         for (pass = 0; pass < 3; pass++) {
 244                 /*
 245                  * Find first page in array that is free, within range,
 246                  * aligned, and such that the boundary won't be crossed.
 247                  */
 248 again:
 249                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 250                         m = &pga[i];
 251                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
 252                         pqtype = m->queue - m->pc;
 253                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 254                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 255                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 256                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0) &&
 257                             m->busy == 0 && m->wire_count == 0 &&
 258                             m->hold_count == 0 && (m->flags & PG_BUSY) == 0
 259
 260                         ) {
 261                                 break;
 262                         }
 263                 }
 264
 265                 /*
 266                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 267                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 268                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 269                  * normal state.
 270                  */
 271                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 272                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 273
 274                         /*
 275                          * Best effort flush of all inactive pages.
 276                          * This is quite quick, for now stall all
 277                          * callers, even if they've specified M_NOWAIT.
 278                          */
 279                         vm_contig_pg_flush(PQ_INACTIVE,
 280                                             vmstats.v_inactive_count);
 281
 282                         /*
 283                          * Best effort flush of active pages.
 284                          *
 285                          * This is very, very slow.
 286                          * Only do this if the caller has agreed to M_WAITOK.
 287                          *
 288                          * If enough pages are flushed, we may succeed on
 289                          * next (final) pass, if not the caller, contigmalloc(),
 290                          * will fail in the index < 0 case.
 291                          */
 292                         if (pass > 0 && (mflags & M_WAITOK)) {
 293                                 vm_contig_pg_flush (PQ_ACTIVE,
 294                                                     vmstats.v_active_count);
 295                         }
 296
 297                         /*
 298                          * We're already too high in the address space
 299                          * to succeed, reset to 0 for the next iteration.
 300                          */
 301                         start = 0;
 302                         continue;       /* next pass */
 303                 }
 304                 start = i;
 305
 306                 /*
 307                  * Check successive pages for contiguous and free.
 308                  *
 309                  * (still in critical section)
 310                  */
 311                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 312                         m = &pga[i];
 313                         pqtype = m->queue - m->pc;
 314                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&m[0]) !=
 315                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&m[-1]) + PAGE_SIZE)) ||
 316                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE)) ||
 317                             m->busy || m->wire_count ||
 318                             m->hold_count || (m->flags & PG_BUSY)
 319                         ) {
 320                                 start++;
 321                                 goto again;
 322                         }
 323                 }
 324
 325                 /*
 326                  * (still in critical section)
 327                  */
 328                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 329                         m = &pga[i];
 330                         pqtype = m->queue - m->pc;
 331                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 332                                 vm_page_busy(m);
 333                                 vm_page_free(m);
 334                         }
 335                         KKASSERT(m->object == NULL);
 336                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 337                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 338                         if (m->flags & PG_ZERO)
 339                                 vm_page_zero_count--;
 340                         KASSERT(m->dirty == 0,
 341                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 342                         m->wire_count = 0;
 343                         m->busy = 0;
 344
 345                         /*
 346                          * Clear all flags except PG_ZERO and PG_WANTED.  This
 347                          * also clears PG_BUSY.
 348                          */
 349                         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO|PG_WANTED));
 350                 }
 351
 352                 /*
 353                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 354                  */
 355                 return (start); /* aka &pga[start] */
 356         }
 357
 358         /*
 359          * Failed.
 360          */
 361         return (-1);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * vm_contig_pg_free:
 366  *
 367  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 368  * assume all references to the pages have been removed, and that
 369  * it is OK to add them back to the free list.
 370  *
 371  * Caller must ensure no races on the page range in question.
 372  * No other requirements.
 373  */
 374 static void
 375 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 376 {
 377         vm_page_t pga = vm_page_array;
 378         vm_page_t m;
 379         int i;
 380
 381         size = round_page(size);
 382         if (size == 0)
 383                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 384
 385         lwkt_gettoken(&vm_token);
 386         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 387                 m = &pga[i];
 388                 vm_page_busy(m);
 389                 vm_page_free(m);
 390         }
 391         lwkt_reltoken(&vm_token);
 392 }
 393
 394 /*
 395  * vm_contig_pg_kmap:
 396  *
 397  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 398  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 399  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(&kernel_map, addr, size).
 400  *
 401  * No requirements.
 402  */
 403 static vm_offset_t
 404 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 405 {
 406         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 407         vm_page_t pga = vm_page_array;
 408         int i, count;
 409
 410         size = round_page(size);
 411         if (size == 0)
 412                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 413
 414         lwkt_gettoken(&vm_token);
 415
 416         /*
 417          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 418          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 419          * pointer.
 420          */
 421         count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 422         vm_map_lock(map);
 423         if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, PAGE_SIZE, 0, &addr) !=
 424             KERN_SUCCESS) {
 425                 /*
 426                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 427                  * space, so we don't make the allocated memory
 428                  * above available.
 429                  */
 430                 vm_map_unlock(map);
 431                 vm_map_entry_release(count);
 432                 lwkt_reltoken(&vm_token);
 433                 return (0);
 434         }
 435
 436         /*
 437          * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
 438          */
 439         vm_object_hold(&kernel_object);
 440         vm_object_reference(&kernel_object);
 441         vm_map_insert(map, &count,
 442                       &kernel_object, addr,
 443                       addr, addr + size,
 444                       VM_MAPTYPE_NORMAL,
 445                       VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
 446                       0);
 447         vm_map_unlock(map);
 448         vm_map_entry_release(count);
 449
 450         tmp_addr = addr;
 451         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 452                 vm_page_t m = &pga[i];
 453                 vm_page_insert(m, &kernel_object, OFF_TO_IDX(tmp_addr));
 454                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 455                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 456                 m->flags = 0;
 457                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 458         }
 459         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 460
 461         vm_object_drop(&kernel_object);
 462
 463         lwkt_reltoken(&vm_token);
 464         return (addr);
 465 }
 466
 467 /*
 468  * No requirements.
 469  */
 470 void *
 471 contigmalloc(
 472         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 473         struct malloc_type *type,
 474         int flags,
 475         vm_paddr_t low,
 476         vm_paddr_t high,
 477         unsigned long alignment,
 478         unsigned long boundary)
 479 {
 480         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 481                         boundary, &kernel_map);
 482 }
 483
 484 /*
 485  * No requirements.
 486  */
 487 void *
 488 contigmalloc_map(
 489         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 490         struct malloc_type *type,
 491         int flags,
 492         vm_paddr_t low,
 493         vm_paddr_t high,
 494         unsigned long alignment,
 495         unsigned long boundary,
 496         vm_map_t map)
 497 {
 498         int index;
 499         void *rv;
 500
 501         lwkt_gettoken(&vm_token);
 502         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary, flags);
 503         if (index < 0) {
 504                 kprintf("contigmalloc_map: failed size %lu low=%llx "
 505                         "high=%llx align=%lu boundary=%lu flags=%08x\n",
 506                         size, (long long)low, (long long)high,
 507                         alignment, boundary, flags);
 508                 lwkt_reltoken(&vm_token);
 509                 return NULL;
 510         }
 511
 512         rv = (void *)vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 513         if (rv == NULL)
 514                 vm_contig_pg_free(index, size);
 515         lwkt_reltoken(&vm_token);
 516
 517         return rv;
 518 }
 519
 520 /*
 521  * No requirements.
 522  */
 523 void
 524 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 525 {
 526         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 527 }
 528
 529 /*
 530  * No requirements.
 531  */
 532 vm_offset_t
 533 vm_page_alloc_contig(
 534         vm_offset_t size,
 535         vm_paddr_t low,
 536         vm_paddr_t high,
 537         vm_offset_t alignment)
 538 {
 539         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 540                                 high, alignment, 0ul, &kernel_map));
 541 }