sys/vm/vm_contig.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003 Hiten Pandya <hmp@backplane.com>.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   9  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  40  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_contig.c,v 1.5 2004/02/18 16:28:21 joerg Exp $
  41  */
  42
  43 /*
  44  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  45  * All rights reserved.
  46  *
  47  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  48  *
  49  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  50  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  51  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  52  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  53  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  54  *
  55  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  56  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  57  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  58  *
  59  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  60  *
  61  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  62  *  School of Computer Science
  63  *  Carnegie Mellon University
  64  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  65  *
  66  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  67  * rights to redistribute these changes.
  68  */
  69
  70 /*
  71  * Contiguous memory allocation API.
  72  */
  73
  74 #include <sys/param.h>
  75 #include <sys/systm.h>
  76 #include <sys/malloc.h>
  77 #include <sys/proc.h>
  78 #include <sys/lock.h>
  79 #include <sys/vmmeter.h>
  80 #include <sys/vnode.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_param.h>
  84 #include <vm/vm_kern.h>
  85 #include <vm/pmap.h>
  86 #include <vm/vm_map.h>
  87 #include <vm/vm_object.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pageout.h>
  90 #include <vm/vm_pager.h>
  91 #include <vm/vm_extern.h>
  92 #include <vm/vm_page2.h>
  93
  94 /*
  95  * vm_contig_pg_clean:
  96  *
  97  * Do a thorough cleanup of the specified 'queue', which can be either
  98  * PQ_ACTIVE or PQ_INACTIVE by doing a walkthrough.  If the page is not
  99  * marked dirty, it is shoved into the page cache, provided no one has
 100  * currently aqcuired it, otherwise localized action per object type
 101  * is taken for cleanup:
 102  *
 103  *      In the OBJT_VNODE case, the whole page range is cleaned up
 104  *      using the vm_object_page_clean() routine, by specyfing a
 105  *      start and end of '0'.
 106  *
 107  *      Otherwise if the object is of any other type, the generic
 108  *      pageout (daemon) flush routine is invoked.
 109  */
 110 static int
 111 vm_contig_pg_clean(int queue)
 112 {
 113         vm_object_t object;
 114         vm_page_t m, m_tmp, next;
 115
 116         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[queue].pl); m != NULL; m = next) {
 117                 KASSERT(m->queue == queue,
 118                         ("vm_contig_clean: page %p's queue is not %d", m, queue));
 119
 120                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
 121
 122                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
 123                         return (TRUE);
 124
 125                 vm_page_test_dirty(m);
 126                 if (m->dirty) {
 127                         object = m->object;
 128                         if (object->type == OBJT_VNODE) {
 129                                 vn_lock(object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY,
 130                                         curthread);
 131                                 vm_object_page_clean(object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
 132                                 VOP_UNLOCK(object->handle, 0, curthread);
 133                                 return (TRUE);
 134                         } else if (object->type == OBJT_SWAP ||
 135                                         object->type == OBJT_DEFAULT) {
 136                                 m_tmp = m;
 137                                 vm_pageout_flush(&m_tmp, 1, 0);
 138                                 return (TRUE);
 139                         }
 140                 }
 141
 142                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
 143                         vm_page_cache(m);
 144         }
 145
 146         return (FALSE);
 147 }
 148
 149 /*
 150  * vm_contig_pg_alloc:
 151  *
 152  * Allocate contiguous pages from the VM.  This function does not
 153  * map the allocated pages into the kernel map, otherwise it is
 154  * impossible to make large allocations (i.e. >2G).
 155  *
 156  * Malloc()'s data structures have been used for collection of
 157  * statistics and for allocations of less than a page.
 158  *
 159  */
 160 int
 161 vm_contig_pg_alloc(
 162         unsigned long size,
 163         vm_paddr_t low,
 164         vm_paddr_t high,
 165         unsigned long alignment,
 166         unsigned long boundary)
 167 {
 168         int i, s, start, pass;
 169         vm_offset_t phys;
 170         vm_page_t pga = vm_page_array;
 171
 172         size = round_page(size);
 173         if (size == 0)
 174                 panic("vm_contig_pg_alloc: size must not be 0");
 175         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
 176                 panic("vm_contig_pg_alloc: alignment must be a power of 2");
 177         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
 178                 panic("vm_contig_pg_alloc: boundary must be a power of 2");
 179
 180         start = 0;
 181         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
 182                 s = splvm();
 183 again:
 184                 /*
 185                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
 186                  * such that the boundary won't be crossed.
 187                  */
 188                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
 189                         int pqtype;
 190                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
 191                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
 192                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
 193                             (phys >= low) && (phys < high) &&
 194                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
 195                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
 196                                 break;
 197                 }
 198
 199                 /*
 200                  * If we cannot find the page in the given range, or we have
 201                  * crossed the boundary, call the vm_contig_pg_clean() function
 202                  * for flushing out the queues, and returning it back to
 203                  * normal state.
 204                  */
 205                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
 206                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
 207
 208 again1:
 209                         if (vm_contig_pg_clean(PQ_INACTIVE))
 210                                 goto again1;
 211                         if (vm_contig_pg_clean(PQ_ACTIVE))
 212                                 goto again1;
 213
 214                         splx(s);
 215                         continue;       /* next pass */
 216                 }
 217                 start = i;
 218
 219                 /*
 220                  * Check successive pages for contiguous and free.
 221                  */
 222                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 223                         int pqtype;
 224                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
 225                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
 226                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
 227                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
 228                                 start++;
 229                                 goto again;
 230                         }
 231                 }
 232
 233                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 234                         int pqtype;
 235                         vm_page_t m = &pga[i];
 236
 237                         pqtype = m->queue - m->pc;
 238                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
 239                                 vm_page_busy(m);
 240                                 vm_page_free(m);
 241                         }
 242                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
 243                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 244                         if (m->flags & PG_ZERO)
 245                                 vm_page_zero_count--;
 246                         /* Don't clear the PG_ZERO flag, we'll need it later. */
 247                         m->flags &= PG_ZERO;
 248                         KASSERT(m->dirty == 0,
 249                                 ("vm_contig_pg_alloc: page %p was dirty", m));
 250                         m->wire_count = 0;
 251                         m->busy = 0;
 252                         m->object = NULL;
 253                 }
 254
 255                 /*
 256                  * Our job is done, return the index page of vm_page_array.
 257                  */
 258
 259                 splx(s);
 260                 return (start); /* aka &pga[start] */
 261         }
 262
 263         /*
 264          * Failed.
 265          */
 266         splx(s);
 267         return (-1);
 268 }
 269
 270 /*
 271  * vm_contig_pg_free:
 272  *
 273  * Remove pages previously allocated by vm_contig_pg_alloc, and
 274  * assume all references to the pages have been removed, and that
 275  * it is OK to add them back to the free list.
 276  */
 277 void
 278 vm_contig_pg_free(int start, u_long size)
 279 {
 280         vm_page_t pga = vm_page_array;
 281         int i;
 282
 283         size = round_page(size);
 284         if (size == 0)
 285                 panic("vm_contig_pg_free: size must not be 0");
 286
 287         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 288                 vm_page_free(&pga[i]);
 289         }
 290 }
 291
 292 /*
 293  * vm_contig_pg_kmap:
 294  *
 295  * Map previously allocated (vm_contig_pg_alloc) range of pages from
 296  * vm_page_array[] into the KVA.  Once mapped, the pages are part of
 297  * the Kernel, and are to free'ed with kmem_free(kernel_map, addr, size).
 298  */
 299 vm_offset_t
 300 vm_contig_pg_kmap(int start, u_long size, vm_map_t map, int flags)
 301 {
 302         vm_offset_t addr, tmp_addr;
 303         vm_page_t pga = vm_page_array;
 304         int i, s, count;
 305
 306         size = round_page(size);
 307         if (size == 0)
 308                 panic("vm_contig_pg_kmap: size must not be 0");
 309
 310         s = splvm();    /* XXX: is this really needed? */
 311
 312         /*
 313          * We've found a contiguous chunk that meets our requirements.
 314          * Allocate KVM, and assign phys pages and return a kernel VM
 315          * pointer.
 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             KERN_SUCCESS) {
 321                 /*
 322                  * XXX We almost never run out of kernel virtual
 323                  * space, so we don't make the allocated memory
 324                  * above available.
 325                  */
 326                 vm_map_unlock(map);
 327                 vm_map_entry_release(count);
 328                 splx(s);
 329                 return (0);
 330         }
 331         vm_object_reference(kernel_object);
 332         vm_map_insert(map, &count,
 333             kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
 334             addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 335         vm_map_unlock(map);
 336         vm_map_entry_release(count);
 337
 338         tmp_addr = addr;
 339         for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
 340                 vm_page_t m = &pga[i];
 341                 vm_page_insert(m, kernel_object,
 342                         OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
 343                 if ((flags & M_ZERO) && !(m->flags & PG_ZERO))
 344                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 345                 m->flags = 0;
 346                 tmp_addr += PAGE_SIZE;
 347         }
 348         vm_map_wire(map, addr, addr + size, 0);
 349
 350         splx(s);
 351         return (addr);
 352 }
 353
 354 void *
 355 contigmalloc(
 356         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 357         struct malloc_type *type,
 358         int flags,
 359         vm_paddr_t low,
 360         vm_paddr_t high,
 361         unsigned long alignment,
 362         unsigned long boundary)
 363 {
 364         return contigmalloc_map(size, type, flags, low, high, alignment,
 365                         boundary, kernel_map);
 366 }
 367
 368 void *
 369 contigmalloc_map(
 370         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
 371         struct malloc_type *type,
 372         int flags,
 373         vm_paddr_t low,
 374         vm_paddr_t high,
 375         unsigned long alignment,
 376         unsigned long boundary,
 377         vm_map_t map)
 378 {
 379         int index;
 380         void *rv;
 381
 382         index = vm_contig_pg_alloc(size, low, high, alignment, boundary);
 383         if (index < 0) {
 384                 printf("contigmalloc_map: failed in index < 0 case!");
 385                 return NULL;
 386         }
 387
 388         rv = (void *) vm_contig_pg_kmap(index, size, map, flags);
 389         if (!rv)
 390                 vm_contig_pg_free(index, size);
 391
 392         return rv;
 393 }
 394
 395 void
 396 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 397 {
 398         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 399 }
 400
 401 vm_offset_t
 402 vm_page_alloc_contig(
 403         vm_offset_t size,
 404         vm_paddr_t low,
 405         vm_paddr_t high,
 406         vm_offset_t alignment)
 407 {
 408         return ((vm_offset_t)contigmalloc_map(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low,
 409                                 high, alignment, 0ul, kernel_map));
 410 }