sys/vm/vm_pager.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  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  *      from: @(#)vm_pager.c    8.6 (Berkeley) 1/12/94
  33  *
  34  *
  35  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  36  * All rights reserved.
  37  *
  38  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  39  *
  40  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  41  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  42  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  43  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  44  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  45  *
  46  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  47  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  48  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  49  *
  50  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  51  *
  52  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  53  *  School of Computer Science
  54  *  Carnegie Mellon University
  55  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  56  *
  57  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  58  * rights to redistribute these changes.
  59  */
  60
  61 /*
  62  *      Paging space routine stubs.  Emulates a matchmaker-like interface
  63  *      for builtin pagers.
  64  */
  65
  66 #include <sys/cdefs.h>
  67 __FBSDID("$FreeBSD$");
  68
  69 #include <sys/param.h>
  70 #include <sys/systm.h>
  71 #include <sys/kernel.h>
  72 #include <sys/vnode.h>
  73 #include <sys/bio.h>
  74 #include <sys/buf.h>
  75 #include <sys/ucred.h>
  76 #include <sys/malloc.h>
  77 #include <sys/rwlock.h>
  78
  79 #include <vm/vm.h>
  80 #include <vm/vm_param.h>
  81 #include <vm/vm_kern.h>
  82 #include <vm/vm_object.h>
  83 #include <vm/vm_page.h>
  84 #include <vm/vm_pager.h>
  85 #include <vm/vm_extern.h>
  86
  87 extern vm_page_t bogus_page;
  88
  89 int cluster_pbuf_freecnt = -1;  /* unlimited to begin with */
  90
  91 struct buf *swbuf;
  92
  93 static int dead_pager_getpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int *, int *);
  94 static vm_object_t dead_pager_alloc(void *, vm_ooffset_t, vm_prot_t,
  95     vm_ooffset_t, struct ucred *);
  96 static void dead_pager_putpages(vm_object_t, vm_page_t *, int, int, int *);
  97 static boolean_t dead_pager_haspage(vm_object_t, vm_pindex_t, int *, int *);
  98 static void dead_pager_dealloc(vm_object_t);
  99
 100 static int
 101 dead_pager_getpages(vm_object_t obj, vm_page_t *ma, int count, int *rbehind,
 102     int *rahead)
 103 {
 104
 105         return (VM_PAGER_FAIL);
 106 }
 107
 108 static vm_object_t
 109 dead_pager_alloc(void *handle, vm_ooffset_t size, vm_prot_t prot,
 110     vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 111 {
 112         return NULL;
 113 }
 114
 115 static void
 116 dead_pager_putpages(object, m, count, flags, rtvals)
 117         vm_object_t object;
 118         vm_page_t *m;
 119         int count;
 120         int flags;
 121         int *rtvals;
 122 {
 123         int i;
 124
 125         for (i = 0; i < count; i++) {
 126                 rtvals[i] = VM_PAGER_AGAIN;
 127         }
 128 }
 129
 130 static int
 131 dead_pager_haspage(object, pindex, prev, next)
 132         vm_object_t object;
 133         vm_pindex_t pindex;
 134         int *prev;
 135         int *next;
 136 {
 137         if (prev)
 138                 *prev = 0;
 139         if (next)
 140                 *next = 0;
 141         return FALSE;
 142 }
 143
 144 static void
 145 dead_pager_dealloc(object)
 146         vm_object_t object;
 147 {
 148         return;
 149 }
 150
 151 static struct pagerops deadpagerops = {
 152         .pgo_alloc =    dead_pager_alloc,
 153         .pgo_dealloc =  dead_pager_dealloc,
 154         .pgo_getpages = dead_pager_getpages,
 155         .pgo_putpages = dead_pager_putpages,
 156         .pgo_haspage =  dead_pager_haspage,
 157 };
 158
 159 struct pagerops *pagertab[] = {
 160         &defaultpagerops,       /* OBJT_DEFAULT */
 161         &swappagerops,          /* OBJT_SWAP */
 162         &vnodepagerops,         /* OBJT_VNODE */
 163         &devicepagerops,        /* OBJT_DEVICE */
 164         &physpagerops,          /* OBJT_PHYS */
 165         &deadpagerops,          /* OBJT_DEAD */
 166         &sgpagerops,            /* OBJT_SG */
 167         &mgtdevicepagerops,     /* OBJT_MGTDEVICE */
 168 };
 169
 170 /*
 171  * Kernel address space for mapping pages.
 172  * Used by pagers where KVAs are needed for IO.
 173  *
 174  * XXX needs to be large enough to support the number of pending async
 175  * cleaning requests (NPENDINGIO == 64) * the maximum swap cluster size
 176  * (MAXPHYS == 64k) if you want to get the most efficiency.
 177  */
 178 struct mtx_padalign pbuf_mtx;
 179 static TAILQ_HEAD(swqueue, buf) bswlist;
 180 static int bswneeded;
 181 vm_offset_t swapbkva;           /* swap buffers kva */
 182
 183 void
 184 vm_pager_init()
 185 {
 186         struct pagerops **pgops;
 187
 188         TAILQ_INIT(&bswlist);
 189         /*
 190          * Initialize known pagers
 191          */
 192         for (pgops = pagertab; pgops < &pagertab[nitems(pagertab)]; pgops++)
 193                 if ((*pgops)->pgo_init != NULL)
 194                         (*(*pgops)->pgo_init) ();
 195 }
 196
 197 void
 198 vm_pager_bufferinit()
 199 {
 200         struct buf *bp;
 201         int i;
 202
 203         mtx_init(&pbuf_mtx, "pbuf mutex", NULL, MTX_DEF);
 204         bp = swbuf;
 205         /*
 206          * Now set up swap and physical I/O buffer headers.
 207          */
 208         for (i = 0; i < nswbuf; i++, bp++) {
 209                 TAILQ_INSERT_HEAD(&bswlist, bp, b_freelist);
 210                 BUF_LOCKINIT(bp);
 211                 LIST_INIT(&bp->b_dep);
 212                 bp->b_rcred = bp->b_wcred = NOCRED;
 213                 bp->b_xflags = 0;
 214         }
 215
 216         cluster_pbuf_freecnt = nswbuf / 2;
 217         vnode_pbuf_freecnt = nswbuf / 2 + 1;
 218         vnode_async_pbuf_freecnt = nswbuf / 2;
 219 }
 220
 221 /*
 222  * Allocate an instance of a pager of the given type.
 223  * Size, protection and offset parameters are passed in for pagers that
 224  * need to perform page-level validation (e.g. the device pager).
 225  */
 226 vm_object_t
 227 vm_pager_allocate(objtype_t type, void *handle, vm_ooffset_t size,
 228     vm_prot_t prot, vm_ooffset_t off, struct ucred *cred)
 229 {
 230         vm_object_t ret;
 231         struct pagerops *ops;
 232
 233         ops = pagertab[type];
 234         if (ops)
 235                 ret = (*ops->pgo_alloc) (handle, size, prot, off, cred);
 236         else
 237                 ret = NULL;
 238         return (ret);
 239 }
 240
 241 /*
 242  *      The object must be locked.
 243  */
 244 void
 245 vm_pager_deallocate(object)
 246         vm_object_t object;
 247 {
 248
 249         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 250         (*pagertab[object->type]->pgo_dealloc) (object);
 251 }
 252
 253 static void
 254 vm_pager_assert_in(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count)
 255 {
 256 #ifdef INVARIANTS
 257
 258         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
 259         KASSERT(count > 0, ("%s: 0 count", __func__));
 260         /*
 261          * All pages must be busied, not mapped, not fully valid,
 262          * not dirty and belong to the proper object.
 263          */
 264         for (int i = 0 ; i < count; i++) {
 265                 if (m[i] == bogus_page)
 266                         continue;
 267                 vm_page_assert_xbusied(m[i]);
 268                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m[i]),
 269                     ("%s: page %p is mapped", __func__, m[i]));
 270                 KASSERT(m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL,
 271                     ("%s: request for a valid page %p", __func__, m[i]));
 272                 KASSERT(m[i]->dirty == 0,
 273                     ("%s: page %p is dirty", __func__, m[i]));
 274                 KASSERT(m[i]->object == object,
 275                     ("%s: wrong object %p/%p", __func__, object, m[i]->object));
 276         }
 277 #endif
 278 }
 279
 280 /*
 281  * Page in the pages for the object using its associated pager.
 282  * The requested page must be fully valid on successful return.
 283  */
 284 int
 285 vm_pager_get_pages(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count, int *rbehind,
 286     int *rahead)
 287 {
 288 #ifdef INVARIANTS
 289         vm_pindex_t pindex = m[0]->pindex;
 290 #endif
 291         int r;
 292
 293         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 294
 295         r = (*pagertab[object->type]->pgo_getpages)(object, m, count, rbehind,
 296             rahead);
 297         if (r != VM_PAGER_OK)
 298                 return (r);
 299
 300         for (int i = 0; i < count; i++) {
 301                 /*
 302                  * If pager has replaced a page, assert that it had
 303                  * updated the array.
 304                  */
 305                 KASSERT(m[i] == vm_page_lookup(object, pindex++),
 306                     ("%s: mismatch page %p pindex %ju", __func__,
 307                     m[i], (uintmax_t )pindex - 1));
 308                 /*
 309                  * Zero out partially filled data.
 310                  */
 311                 if (m[i]->valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
 312                         vm_page_zero_invalid(m[i], TRUE);
 313         }
 314         return (VM_PAGER_OK);
 315 }
 316
 317 int
 318 vm_pager_get_pages_async(vm_object_t object, vm_page_t *m, int count,
 319     int *rbehind, int *rahead, pgo_getpages_iodone_t iodone, void *arg)
 320 {
 321
 322         vm_pager_assert_in(object, m, count);
 323
 324         return ((*pagertab[object->type]->pgo_getpages_async)(object, m,
 325             count, rbehind, rahead, iodone, arg));
 326 }
 327
 328 /*
 329  * vm_pager_put_pages() - inline, see vm/vm_pager.h
 330  * vm_pager_has_page() - inline, see vm/vm_pager.h
 331  */
 332
 333 /*
 334  * Search the specified pager object list for an object with the
 335  * specified handle.  If an object with the specified handle is found,
 336  * increase its reference count and return it.  Otherwise, return NULL.
 337  *
 338  * The pager object list must be locked.
 339  */
 340 vm_object_t
 341 vm_pager_object_lookup(struct pagerlst *pg_list, void *handle)
 342 {
 343         vm_object_t object;
 344
 345         TAILQ_FOREACH(object, pg_list, pager_object_list) {
 346                 if (object->handle == handle) {
 347                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
 348                         if ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0) {
 349                                 vm_object_reference_locked(object);
 350                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 351                                 break;
 352                         }
 353                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
 354                 }
 355         }
 356         return (object);
 357 }
 358
 359 /*
 360  * initialize a physical buffer
 361  */
 362
 363 /*
 364  * XXX This probably belongs in vfs_bio.c
 365  */
 366 static void
 367 initpbuf(struct buf *bp)
 368 {
 369         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("initpbuf with bufobj"));
 370         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("initpbuf with vp"));
 371         bp->b_rcred = NOCRED;
 372         bp->b_wcred = NOCRED;
 373         bp->b_qindex = 0;       /* On no queue (QUEUE_NONE) */
 374         bp->b_kvabase = (caddr_t) (MAXPHYS * (bp - swbuf)) + swapbkva;
 375         bp->b_data = bp->b_kvabase;
 376         bp->b_kvasize = MAXPHYS;
 377         bp->b_flags = 0;
 378         bp->b_xflags = 0;
 379         bp->b_ioflags = 0;
 380         bp->b_iodone = NULL;
 381         bp->b_error = 0;
 382         BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE, NULL);
 383         buf_track(bp, __func__);
 384 }
 385
 386 /*
 387  * allocate a physical buffer
 388  *
 389  *      There are a limited number (nswbuf) of physical buffers.  We need
 390  *      to make sure that no single subsystem is able to hog all of them,
 391  *      so each subsystem implements a counter which is typically initialized
 392  *      to 1/2 nswbuf.  getpbuf() decrements this counter in allocation and
 393  *      increments it on release, and blocks if the counter hits zero.  A
 394  *      subsystem may initialize the counter to -1 to disable the feature,
 395  *      but it must still be sure to match up all uses of getpbuf() with
 396  *      relpbuf() using the same variable.
 397  *
 398  *      NOTE: pfreecnt can be NULL, but this 'feature' will be removed
 399  *      relatively soon when the rest of the subsystems get smart about it. XXX
 400  */
 401 struct buf *
 402 getpbuf(int *pfreecnt)
 403 {
 404         struct buf *bp;
 405
 406         mtx_lock(&pbuf_mtx);
 407
 408         for (;;) {
 409                 if (pfreecnt) {
 410                         while (*pfreecnt == 0) {
 411                                 msleep(pfreecnt, &pbuf_mtx, PVM, "wswbuf0", 0);
 412                         }
 413                 }
 414
 415                 /* get a bp from the swap buffer header pool */
 416                 if ((bp = TAILQ_FIRST(&bswlist)) != NULL)
 417                         break;
 418
 419                 bswneeded = 1;
 420                 msleep(&bswneeded, &pbuf_mtx, PVM, "wswbuf1", 0);
 421                 /* loop in case someone else grabbed one */
 422         }
 423         TAILQ_REMOVE(&bswlist, bp, b_freelist);
 424         if (pfreecnt)
 425                 --*pfreecnt;
 426         mtx_unlock(&pbuf_mtx);
 427
 428         initpbuf(bp);
 429         return bp;
 430 }
 431
 432 /*
 433  * allocate a physical buffer, if one is available.
 434  *
 435  *      Note that there is no NULL hack here - all subsystems using this
 436  *      call understand how to use pfreecnt.
 437  */
 438 struct buf *
 439 trypbuf(int *pfreecnt)
 440 {
 441         struct buf *bp;
 442
 443         mtx_lock(&pbuf_mtx);
 444         if (*pfreecnt == 0 || (bp = TAILQ_FIRST(&bswlist)) == NULL) {
 445                 mtx_unlock(&pbuf_mtx);
 446                 return NULL;
 447         }
 448         TAILQ_REMOVE(&bswlist, bp, b_freelist);
 449
 450         --*pfreecnt;
 451
 452         mtx_unlock(&pbuf_mtx);
 453
 454         initpbuf(bp);
 455
 456         return bp;
 457 }
 458
 459 /*
 460  * release a physical buffer
 461  *
 462  *      NOTE: pfreecnt can be NULL, but this 'feature' will be removed
 463  *      relatively soon when the rest of the subsystems get smart about it. XXX
 464  */
 465 void
 466 relpbuf(struct buf *bp, int *pfreecnt)
 467 {
 468
 469         if (bp->b_rcred != NOCRED) {
 470                 crfree(bp->b_rcred);
 471                 bp->b_rcred = NOCRED;
 472         }
 473         if (bp->b_wcred != NOCRED) {
 474                 crfree(bp->b_wcred);
 475                 bp->b_wcred = NOCRED;
 476         }
 477
 478         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("relpbuf with vp"));
 479         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("relpbuf with bufobj"));
 480
 481         buf_track(bp, __func__);
 482         BUF_UNLOCK(bp);
 483
 484         mtx_lock(&pbuf_mtx);
 485         TAILQ_INSERT_HEAD(&bswlist, bp, b_freelist);
 486
 487         if (bswneeded) {
 488                 bswneeded = 0;
 489                 wakeup(&bswneeded);
 490         }
 491         if (pfreecnt) {
 492                 if (++*pfreecnt == 1)
 493                         wakeup(pfreecnt);
 494         }
 495         mtx_unlock(&pbuf_mtx);
 496 }
 497
 498 /*
 499  * Associate a p-buffer with a vnode.
 500  *
 501  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 502  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 503  * ref-counted.
 504  */
 505 void
 506 pbgetvp(struct vnode *vp, struct buf *bp)
 507 {
 508
 509         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetvp: not free"));
 510         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetvp: not free (bufobj)"));
 511
 512         bp->b_vp = vp;
 513         bp->b_flags |= B_PAGING;
 514         bp->b_bufobj = &vp->v_bufobj;
 515 }
 516
 517 /*
 518  * Associate a p-buffer with a vnode.
 519  *
 520  * Also sets B_PAGING flag to indicate that vnode is not fully associated
 521  * with the buffer.  i.e. the bp has not been linked into the vnode or
 522  * ref-counted.
 523  */
 524 void
 525 pbgetbo(struct bufobj *bo, struct buf *bp)
 526 {
 527
 528         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbgetbo: not free (vnode)"));
 529         KASSERT(bp->b_bufobj == NULL, ("pbgetbo: not free (bufobj)"));
 530
 531         bp->b_flags |= B_PAGING;
 532         bp->b_bufobj = bo;
 533 }
 534
 535 /*
 536  * Disassociate a p-buffer from a vnode.
 537  */
 538 void
 539 pbrelvp(struct buf *bp)
 540 {
 541
 542         KASSERT(bp->b_vp != NULL, ("pbrelvp: NULL"));
 543         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelvp: NULL bufobj"));
 544         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 545             ("pbrelvp: pager buf on vnode list."));
 546
 547         bp->b_vp = NULL;
 548         bp->b_bufobj = NULL;
 549         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 550 }
 551
 552 /*
 553  * Disassociate a p-buffer from a bufobj.
 554  */
 555 void
 556 pbrelbo(struct buf *bp)
 557 {
 558
 559         KASSERT(bp->b_vp == NULL, ("pbrelbo: vnode"));
 560         KASSERT(bp->b_bufobj != NULL, ("pbrelbo: NULL bufobj"));
 561         KASSERT((bp->b_xflags & (BX_VNDIRTY | BX_VNCLEAN)) == 0,
 562             ("pbrelbo: pager buf on vnode list."));
 563
 564         bp->b_bufobj = NULL;
 565         bp->b_flags &= ~B_PAGING;
 566 }