kernel - Increase UPAGES, add kernel stack guard page
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_map.h
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  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      @(#)vm_map.h    8.9 (Berkeley) 5/17/95
37  *
38  *
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  *
64  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_map.h,v 1.54.2.5 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
65  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_map.h,v 1.30 2007/04/29 18:25:41 dillon Exp $
66  */
67
68 /*
69  *      Virtual memory map module definitions.
70  */
71
72 #ifndef _VM_VM_MAP_H_
73 #define _VM_VM_MAP_H_
74
75 #ifndef _SYS_TYPES_H_
76 #include <sys/types.h>
77 #endif
78 #ifndef _SYS_TREE_H_
79 #include <sys/tree.h>
80 #endif
81 #ifndef _SYS_SYSREF_H_
82 #include <sys/sysref.h>
83 #endif
84 #ifndef _SYS_LOCK_H_
85 #include <sys/lock.h>
86 #endif
87 #ifndef _SYS_VKERNEL_H_
88 #include <sys/vkernel.h>
89 #endif
90 #ifndef _VM_VM_H_
91 #include <vm/vm.h>
92 #endif
93 #ifndef _MACHINE_PMAP_H_
94 #include <machine/pmap.h>
95 #endif
96 #ifndef _VM_VM_OBJECT_H_
97 #include <vm/vm_object.h>
98 #endif
99 #ifndef _SYS_NULL_H_
100 #include <sys/_null.h>
101 #endif
102
103 struct vm_map_rb_tree;
104 RB_PROTOTYPE(vm_map_rb_tree, vm_map_entry, rb_entry, rb_vm_map_compare);
105
106 /*
107  *      Types defined:
108  *
109  *      vm_map_t                the high-level address map data structure.
110  *      vm_map_entry_t          an entry in an address map.
111  */
112
113 typedef u_int vm_eflags_t;
114
115 /*
116  *      Objects which live in maps may be either VM objects, or
117  *      another map (called a "sharing map") which denotes read-write
118  *      sharing with other maps.
119  */
120 union vm_map_object {
121         struct vm_object *vm_object;    /* object object */
122         struct vm_map *sub_map;         /* belongs to another map */
123 };
124
125 union vm_map_aux {
126         vm_offset_t avail_ssize;        /* amt can grow if this is a stack */
127         vpte_t master_pde;              /* virtual page table root */
128 };
129
130 /*
131  *      Address map entries consist of start and end addresses,
132  *      a VM object (or sharing map) and offset into that object,
133  *      and user-exported inheritance and protection information.
134  *      Also included is control information for virtual copy operations.
135  *
136  *      When used with MAP_STACK, avail_ssize is used to determine the
137  *      limits of stack growth.
138  *
139  *      When used with VM_MAPTYPE_VPAGETABLE, avail_ssize stores the
140  *      page directory index.
141  */
142 struct vm_map_entry {
143         struct vm_map_entry *prev;      /* previous entry */
144         struct vm_map_entry *next;      /* next entry */
145         RB_ENTRY(vm_map_entry) rb_entry;
146         vm_offset_t start;              /* start address */
147         vm_offset_t end;                /* end address */
148         union vm_map_aux aux;           /* auxillary data */
149         union vm_map_object object;     /* object I point to */
150         vm_ooffset_t offset;            /* offset into object */
151         vm_eflags_t eflags;             /* map entry flags */
152         vm_maptype_t maptype;           /* type of VM mapping */
153         vm_prot_t protection;           /* protection code */
154         vm_prot_t max_protection;       /* maximum protection */
155         vm_inherit_t inheritance;       /* inheritance */
156         int wired_count;                /* can be paged if = 0 */
157 };
158
159 #define MAP_ENTRY_NOSYNC                0x0001
160 #define MAP_ENTRY_STACK                 0x0002
161 #define MAP_ENTRY_COW                   0x0004
162 #define MAP_ENTRY_NEEDS_COPY            0x0008
163 #define MAP_ENTRY_NOFAULT               0x0010
164 #define MAP_ENTRY_USER_WIRED            0x0020
165
166 #define MAP_ENTRY_BEHAV_NORMAL          0x0000  /* default behavior */
167 #define MAP_ENTRY_BEHAV_SEQUENTIAL      0x0040  /* expect sequential access */
168 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RANDOM          0x0080  /* expect random access */
169 #define MAP_ENTRY_BEHAV_RESERVED        0x00C0  /* future use */
170
171 #define MAP_ENTRY_BEHAV_MASK            0x00C0
172
173 #define MAP_ENTRY_IN_TRANSITION         0x0100  /* entry being changed */
174 #define MAP_ENTRY_NEEDS_WAKEUP          0x0200  /* waiter's in transition */
175 #define MAP_ENTRY_NOCOREDUMP            0x0400  /* don't include in a core */
176 #define MAP_ENTRY_KSTACK                0x0800  /* guarded kernel stack */
177
178 /*
179  * flags for vm_map_[un]clip_range()
180  */
181 #define MAP_CLIP_NO_HOLES               0x0001
182
183 /*
184  * This reserve count for vm_map_entry_reserve() should cover all nominal
185  * single-insertion operations, including any necessary clipping.
186  */
187 #define MAP_RESERVE_COUNT       4
188 #define MAP_RESERVE_SLOP        32
189
190 static __inline u_char   
191 vm_map_entry_behavior(struct vm_map_entry *entry)
192 {                  
193         return entry->eflags & MAP_ENTRY_BEHAV_MASK;
194 }
195
196 static __inline void
197 vm_map_entry_set_behavior(struct vm_map_entry *entry, u_char behavior)
198 {              
199         entry->eflags = (entry->eflags & ~MAP_ENTRY_BEHAV_MASK) |
200                 (behavior & MAP_ENTRY_BEHAV_MASK);
201 }                       
202
203 /*
204  *      Maps are doubly-linked lists of map entries, kept sorted
205  *      by address.  A single hint is provided to start
206  *      searches again from the last successful search,
207  *      insertion, or removal.
208  *
209  *      Note: the lock structure cannot be the first element of vm_map
210  *      because this can result in a running lockup between two or more
211  *      system processes trying to kmem_alloc_wait() due to kmem_alloc_wait()
212  *      and free tsleep/waking up 'map' and the underlying lockmgr also
213  *      sleeping and waking up on 'map'.  The lockup occurs when the map fills
214  *      up.  The 'exec' map, for example.
215  */
216 struct vm_map {
217         struct vm_map_entry header;     /* List of entries */
218         RB_HEAD(vm_map_rb_tree, vm_map_entry) rb_root;
219         struct lock lock;               /* Lock for map data */
220         int nentries;                   /* Number of entries */
221         vm_size_t size;                 /* virtual size */
222         u_char system_map;              /* Am I a system map? */
223         u_char infork;                  /* Am I in fork processing? */
224         vm_map_entry_t hint;            /* hint for quick lookups */
225         unsigned int timestamp;         /* Version number */
226         vm_map_entry_t first_free;      /* First free space hint */
227         struct pmap *pmap;              /* Physical map */
228 #define min_offset              header.start
229 #define max_offset              header.end
230 };
231
232 /*
233  * Registered upcall
234  */
235 struct upcall;
236
237 struct vmupcall {
238         struct vmupcall *vu_next;
239         void            *vu_func;       /* user upcall function */
240         void            *vu_data;       /* user data */
241         void            *vu_ctx;        /* user context function */
242         struct lwp      *vu_lwp;        /* process that registered upcall */
243         int             vu_id;          /* upcall identifier */
244         int             vu_pending;     /* upcall request pending */
245 };
246
247 /* 
248  * Shareable process virtual address space.
249  *
250  * Refd pointers from vmresident, proc
251  */
252 struct vmspace {
253         struct vm_map vm_map;   /* VM address map */
254         struct pmap vm_pmap;    /* private physical map */
255         int vm_unused01;
256         caddr_t vm_shm;         /* SYS5 shared memory private data XXX */
257 /* we copy from vm_startcopy to the end of the structure on fork */
258 #define vm_startcopy vm_rssize
259         segsz_t vm_rssize;      /* current resident set size in pages */
260         segsz_t vm_swrss;       /* resident set size before last swap */
261         segsz_t vm_tsize;       /* text size (pages) XXX */
262         segsz_t vm_dsize;       /* data size (pages) XXX */
263         segsz_t vm_ssize;       /* stack size (pages) */
264         caddr_t vm_taddr;       /* user virtual address of text XXX */
265         caddr_t vm_daddr;       /* user virtual address of data XXX */
266         caddr_t vm_maxsaddr;    /* user VA at max stack growth */
267         caddr_t vm_minsaddr;    /* user VA at max stack growth */
268 #define vm_endcopy      vm_exitingcnt
269         int     vm_exitingcnt;  /* several procsses zombied in exit1 */
270         int     vm_upccount;    /* number of registered upcalls */
271         int     vm_pagesupply;
272         struct vmupcall *vm_upcalls;    /* registered upcalls */
273         struct sysref vm_sysref;        /* sysref, refcnt, etc */
274 };
275
276 /*
277  * Resident executable holding structure.  A user program can take a snapshot
278  * of just its VM address space (typically done just after dynamic link
279  * libraries have completed loading) and register it as a resident 
280  * executable associated with the program binary's vnode, which is also
281  * locked into memory.  Future execs of the vnode will start with a copy
282  * of the resident vmspace instead of running the binary from scratch,
283  * avoiding both the kernel ELF loader *AND* all shared library mapping and
284  * relocation code, and will call a different entry point (the stack pointer
285  * is reset to the top of the stack) supplied when the vmspace was registered.
286  */
287 struct vmresident {
288         struct vnode    *vr_vnode;              /* associated vnode */
289         TAILQ_ENTRY(vmresident) vr_link;        /* linked list of res sts */
290         struct vmspace  *vr_vmspace;            /* vmspace to fork */
291         intptr_t        vr_entry_addr;          /* registered entry point */
292         struct sysentvec *vr_sysent;            /* system call vects */
293         int             vr_id;                  /* registration id */
294         int             vr_refs;                /* temporary refs */
295 };
296
297 #ifdef _KERNEL
298 /*
299  *      Macros:         vm_map_lock, etc.
300  *      Function:
301  *              Perform locking on the data portion of a map.  Note that
302  *              these macros mimic procedure calls returning void.  The
303  *              semicolon is supplied by the user of these macros, not
304  *              by the macros themselves.  The macros can safely be used
305  *              as unbraced elements in a higher level statement.
306  */
307
308 #define ASSERT_VM_MAP_LOCKED(map)       KKASSERT(lockowned(&(map)->lock))
309
310 #ifdef DIAGNOSTIC
311 /* #define MAP_LOCK_DIAGNOSTIC 1 */
312 #ifdef MAP_LOCK_DIAGNOSTIC
313 #define vm_map_lock(map) \
314         do { \
315                 kprintf ("locking map LK_EXCLUSIVE: 0x%x\n", map); \
316                 if (lockmgr(&(map)->lock, LK_EXCLUSIVE) != 0) { \
317                         panic("vm_map_lock: failed to get lock"); \
318                 } \
319                 (map)->timestamp++; \
320         } while(0)
321 #else
322 #define vm_map_lock(map) \
323         do { \
324                 if (lockmgr(&(map)->lock, LK_EXCLUSIVE) != 0) { \
325                         panic("vm_map_lock: failed to get lock"); \
326                 } \
327                 (map)->timestamp++; \
328         } while(0)
329 #endif
330 #else
331 #define vm_map_lock(map) \
332         do { \
333                 lockmgr(&(map)->lock, LK_EXCLUSIVE); \
334                 (map)->timestamp++; \
335         } while(0)
336 #endif /* DIAGNOSTIC */
337
338 #if defined(MAP_LOCK_DIAGNOSTIC)
339 #define vm_map_unlock(map) \
340         do { \
341                 kprintf ("locking map LK_RELEASE: 0x%x\n", map); \
342                 lockmgr(&(map)->lock, LK_RELEASE); \
343         } while (0)
344 #define vm_map_lock_read(map) \
345         do { \
346                 kprintf ("locking map LK_SHARED: 0x%x\n", map); \
347                 lockmgr(&(map)->lock, LK_SHARED); \
348         } while (0)
349 #define vm_map_unlock_read(map) \
350         do { \
351                 kprintf ("locking map LK_RELEASE: 0x%x\n", map); \
352                 lockmgr(&(map)->lock, LK_RELEASE); \
353         } while (0)
354 #else
355 #define vm_map_unlock(map) \
356         lockmgr(&(map)->lock, LK_RELEASE)
357 #define vm_map_lock_read(map) \
358         lockmgr(&(map)->lock, LK_SHARED) 
359 #define vm_map_unlock_read(map) \
360         lockmgr(&(map)->lock, LK_RELEASE)
361 #endif
362
363 static __inline__ int
364 vm_map_lock_upgrade(vm_map_t map) {
365         int error;
366 #if defined(MAP_LOCK_DIAGNOSTIC)
367         kprintf("locking map LK_EXCLUPGRADE: 0x%x\n", map); 
368 #endif
369         error = lockmgr(&map->lock, LK_EXCLUPGRADE);
370         if (error == 0)
371                 map->timestamp++;
372         return error;
373 }
374
375 #if defined(MAP_LOCK_DIAGNOSTIC)
376 #define vm_map_lock_downgrade(map) \
377         do { \
378                 kprintf ("locking map LK_DOWNGRADE: 0x%x\n", map); \
379                 lockmgr(&(map)->lock, LK_DOWNGRADE); \
380         } while (0)
381 #else
382 #define vm_map_lock_downgrade(map) \
383         lockmgr(&(map)->lock, LK_DOWNGRADE)
384 #endif
385
386 #endif /* _KERNEL */
387
388 /*
389  *      Functions implemented as macros
390  */
391 #define         vm_map_min(map)         ((map)->min_offset)
392 #define         vm_map_max(map)         ((map)->max_offset)
393 #define         vm_map_pmap(map)        ((map)->pmap)
394
395 /*
396  * Must not block
397  */
398 static __inline struct pmap *
399 vmspace_pmap(struct vmspace *vmspace)
400 {
401         return &vmspace->vm_pmap;
402 }
403
404 static __inline long
405 vmspace_resident_count(struct vmspace *vmspace)
406 {
407         return pmap_resident_count(vmspace_pmap(vmspace));
408 }
409
410 /* Calculates the proportional RSS and returning the
411  * accrued result.
412  */
413 static __inline u_int
414 vmspace_president_count(struct vmspace *vmspace)
415 {
416         vm_map_t map = &vmspace->vm_map;
417         vm_map_entry_t cur;
418         vm_object_t object;
419         u_int count = 0;
420
421         for (cur = map->header.next; cur != &map->header; cur = cur->next) {
422                 switch(cur->maptype) {
423                 case VM_MAPTYPE_NORMAL:
424                 case VM_MAPTYPE_VPAGETABLE:
425                         if ((object = cur->object.vm_object) == NULL)
426                                 break;
427                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
428                             object->type != OBJT_SWAP) {
429                                 break;
430                         }
431                         if(object->agg_pv_list_count != 0) {
432                                         count += (object->resident_page_count / object->agg_pv_list_count);
433                         }
434                         break;
435                 default:
436                         break;
437                 }
438         }
439         return(count);
440 }
441
442 /*
443  * Number of kernel maps and entries to statically allocate, required
444  * during boot to bootstrap the VM system.
445  */
446 #define MAX_KMAP        10
447 #define MAX_MAPENT      256
448
449 /*
450  * Copy-on-write flags for vm_map operations
451  */
452 #define MAP_UNUSED_01           0x0001
453 #define MAP_COPY_ON_WRITE       0x0002
454 #define MAP_NOFAULT             0x0004
455 #define MAP_PREFAULT            0x0008
456 #define MAP_PREFAULT_PARTIAL    0x0010
457 #define MAP_DISABLE_SYNCER      0x0020
458 #define MAP_IS_STACK            0x0040
459 #define MAP_IS_KSTACK           0x0080
460 #define MAP_DISABLE_COREDUMP    0x0100
461 #define MAP_PREFAULT_MADVISE    0x0200  /* from (user) madvise request */
462
463 /*
464  * vm_fault option flags
465  */
466 #define VM_FAULT_NORMAL         0x00    /* Nothing special */
467 #define VM_FAULT_CHANGE_WIRING  0x01    /* Change the wiring as appropriate */
468 #define VM_FAULT_USER_WIRE      0x02    /* Likewise, but for user purposes */
469 #define VM_FAULT_BURST          0x04    /* Burst fault can be done */
470 #define VM_FAULT_DIRTY          0x08    /* Dirty the page */
471 #define VM_FAULT_UNSWAP         0x10    /* Remove backing store from the page */
472 #define VM_FAULT_WIRE_MASK      (VM_FAULT_CHANGE_WIRING|VM_FAULT_USER_WIRE)
473
474 #ifdef _KERNEL
475
476 extern struct sysref_class vmspace_sysref_class;
477
478 boolean_t vm_map_check_protection (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t,
479                 vm_prot_t, boolean_t);
480 struct pmap;
481 struct globaldata;
482 void vm_map_entry_allocate_object(vm_map_entry_t);
483 void vm_map_entry_reserve_cpu_init(struct globaldata *gd);
484 int vm_map_entry_reserve(int);
485 int vm_map_entry_kreserve(int);
486 void vm_map_entry_release(int);
487 void vm_map_entry_krelease(int);
488 vm_map_t vm_map_create (vm_map_t, struct pmap *, vm_offset_t, vm_offset_t);
489 int vm_map_delete (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int *);
490 int vm_map_find (vm_map_t, vm_object_t, vm_ooffset_t,
491                  vm_offset_t *, vm_size_t, vm_size_t,
492                  boolean_t, vm_maptype_t,
493                  vm_prot_t, vm_prot_t, 
494                  int);
495 int vm_map_findspace (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, vm_size_t,
496                       int, vm_offset_t *);
497 int vm_map_inherit (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_inherit_t);
498 void vm_map_init (struct vm_map *, vm_offset_t, vm_offset_t, pmap_t);
499 int vm_map_insert (vm_map_t, int *, vm_object_t, vm_ooffset_t,
500                    vm_offset_t, vm_offset_t,
501                    vm_maptype_t,
502                    vm_prot_t, vm_prot_t,
503                    int);
504 int vm_map_lookup (vm_map_t *, vm_offset_t, vm_prot_t, vm_map_entry_t *, vm_object_t *,
505     vm_pindex_t *, vm_prot_t *, boolean_t *);
506 void vm_map_lookup_done (vm_map_t, vm_map_entry_t, int);
507 boolean_t vm_map_lookup_entry (vm_map_t, vm_offset_t, vm_map_entry_t *);
508 int vm_map_wire (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int);
509 int vm_map_unwire (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, boolean_t);
510 int vm_map_clean (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, boolean_t, boolean_t);
511 int vm_map_protect (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_prot_t, boolean_t);
512 int vm_map_remove (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
513 void vm_map_startup (void);
514 int vm_map_submap (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, vm_map_t);
515 int vm_map_madvise (vm_map_t, vm_offset_t, vm_offset_t, int, off_t);
516 void vm_map_simplify_entry (vm_map_t, vm_map_entry_t, int *);
517 void vm_init2 (void);
518 int vm_uiomove (vm_map_t, vm_object_t, off_t, int, vm_offset_t, int *);
519 int vm_map_stack (vm_map_t, vm_offset_t, vm_size_t, int,
520                   vm_prot_t, vm_prot_t, int);
521 int vm_map_growstack (struct proc *p, vm_offset_t addr);
522 int vmspace_swap_count (struct vmspace *vmspace);
523 int vmspace_anonymous_count (struct vmspace *vmspace);
524 void vm_map_set_wired_quick(vm_map_t map, vm_offset_t addr, vm_size_t size, int *);
525
526 #endif
527 #endif                          /* _VM_VM_MAP_H_ */