kernel - Optimize vm_page_wakeup(), vm_page_hold(), vm_page_unhold()
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2019 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
10  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. 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  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  */
39
40 /*
41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
42  * All rights reserved.
43  *
44  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
45  *
46  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
47  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
48  * notice and this permission notice appear in all copies of the
49  * software, derivative works or modified versions, and any portions
50  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
51  *
52  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
53  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
54  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
55  *
56  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
57  *
58  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
59  *  School of Computer Science
60  *  Carnegie Mellon University
61  *  Pittsburgh PA 15213-3890
62  *
63  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
64  * rights to redistribute these changes.
65  */
66 /*
67  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
68  * A VM page is the core building block for memory management.
69  */
70
71 #include <sys/param.h>
72 #include <sys/systm.h>
73 #include <sys/malloc.h>
74 #include <sys/proc.h>
75 #include <sys/vmmeter.h>
76 #include <sys/vnode.h>
77 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/alist.h>
79 #include <sys/sysctl.h>
80 #include <sys/cpu_topology.h>
81
82 #include <vm/vm.h>
83 #include <vm/vm_param.h>
84 #include <sys/lock.h>
85 #include <vm/vm_kern.h>
86 #include <vm/pmap.h>
87 #include <vm/vm_map.h>
88 #include <vm/vm_object.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_pageout.h>
91 #include <vm/vm_pager.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/swap_pager.h>
94
95 #include <machine/inttypes.h>
96 #include <machine/md_var.h>
97 #include <machine/specialreg.h>
98 #include <machine/bus_dma.h>
99
100 #include <vm/vm_page2.h>
101 #include <sys/spinlock2.h>
102
103 /*
104  * SET - Minimum required set associative size, must be a power of 2.  We
105  *       want this to match or exceed the set-associativeness of the cpu.
106  *
107  * GRP - A larger set that allows bleed-over into the domains of other
108  *       nearby cpus.  Also must be a power of 2.  Used by the page zeroing
109  *       code to smooth things out a bit.
110  */
111 #define PQ_SET_ASSOC            16
112 #define PQ_SET_ASSOC_MASK       (PQ_SET_ASSOC - 1)
113
114 #define PQ_GRP_ASSOC            (PQ_SET_ASSOC * 2)
115 #define PQ_GRP_ASSOC_MASK       (PQ_GRP_ASSOC - 1)
116
117 static void vm_page_queue_init(void);
118 static void vm_page_free_wakeup(void);
119 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
120 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
121 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
122 static void vm_numa_add_topology_mem(cpu_node_t *cpup, int physid, long bytes);
123
124 /*
125  * Array of tailq lists
126  */
127 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
128
129 static volatile int vm_pages_waiting;
130 static struct alist vm_contig_alist;
131 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
132 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin, "vm_contig_spin");
133
134 static struct vm_page **vm_page_hash;
135
136 static u_long vm_dma_reserved = 0;
137 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
138 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
139             "Memory reserved for DMA");
140 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
141             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
142
143 static int vm_contig_verbose = 0;
144 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
145
146 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
147              vm_pindex_t, pindex);
148
149 static void
150 vm_page_queue_init(void) 
151 {
152         int i;
153
154         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
155                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt_offset =
156                         offsetof(struct vmstats, v_free_count);
157         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
158                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt_offset =
159                         offsetof(struct vmstats, v_cache_count);
160         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
161                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt_offset =
162                         offsetof(struct vmstats, v_inactive_count);
163         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
164                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt_offset =
165                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
166         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
167                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt_offset =
168                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
169         /* PQ_NONE has no queue */
170
171         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
172                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
173                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin, "vm_page_queue_init");
174         }
175 }
176
177 /*
178  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
179  */
180 vm_pindex_t first_page = 0;
181 vm_pindex_t vm_page_array_size = 0;
182 vm_page_t vm_page_array = NULL;
183 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
184
185 /*
186  * (low level boot)
187  *
188  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
189  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
190  */
191 void
192 vm_set_page_size(void)
193 {
194         if (vmstats.v_page_size == 0)
195                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
196         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
197                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
198 }
199
200 /*
201  * (low level boot)
202  *
203  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
204  * are added to both the head and tail of the associated free page
205  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
206  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
207  *
208  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
209  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
210  *
211  * Must be called in a critical section.
212  */
213 static void
214 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
215 {
216         struct vpgqueues *vpq;
217         vm_page_t m;
218
219         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
220         m->phys_addr = pa;
221         m->flags = 0;
222         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
223         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT);
224
225         /*
226          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
227          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
228          */
229         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE);
230         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE));
231         m->pc &= PQ_L2_MASK;
232
233         /*
234          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
235          * contigmalloc() to use.
236          */
237         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
238                 atomic_add_long(&vmstats.v_page_count, 1);
239                 atomic_add_long(&vmstats.v_dma_pages, 1);
240                 m->queue = PQ_NONE;
241                 m->wire_count = 1;
242                 atomic_add_long(&vmstats.v_wire_count, 1);
243                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
244                 return;
245         }
246
247         /*
248          * General page
249          */
250         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
251         KKASSERT(m->dirty == 0);
252
253         atomic_add_long(&vmstats.v_page_count, 1);
254         atomic_add_long(&vmstats.v_free_count, 1);
255         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
256         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
257         ++vpq->lcnt;
258 }
259
260 /*
261  * (low level boot)
262  *
263  * Initializes the resident memory module.
264  *
265  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
266  * kernel_map becoming available.
267  *
268  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
269  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
270  *
271  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
272  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
273  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
274  */
275 void
276 vm_page_startup(void)
277 {
278         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
279         vm_offset_t mapped;
280         vm_pindex_t npages;
281         vm_paddr_t page_range;
282         vm_paddr_t new_end;
283         int i;
284         vm_paddr_t pa;
285         vm_paddr_t last_pa;
286         vm_paddr_t end;
287         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
288         vm_paddr_t total;
289         vm_page_t m;
290
291         total = 0;
292         biggestsize = 0;
293         biggestone = 0;
294         vaddr = round_page(vaddr);
295
296         /*
297          * Make sure ranges are page-aligned.
298          */
299         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
300                 phys_avail[i].phys_beg = round_page64(phys_avail[i].phys_beg);
301                 phys_avail[i].phys_end = trunc_page64(phys_avail[i].phys_end);
302                 if (phys_avail[i].phys_end < phys_avail[i].phys_beg)
303                         phys_avail[i].phys_end = phys_avail[i].phys_beg;
304         }
305
306         /*
307          * Locate largest block
308          */
309         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
310                 vm_paddr_t size = phys_avail[i].phys_end -
311                                   phys_avail[i].phys_beg;
312
313                 if (size > biggestsize) {
314                         biggestone = i;
315                         biggestsize = size;
316                 }
317                 total += size;
318         }
319         --i;    /* adjust to last entry for use down below */
320
321         end = phys_avail[biggestone].phys_end;
322         end = trunc_page(end);
323
324         /*
325          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
326          * and the inactive queue.
327          */
328         vm_page_queue_init();
329
330 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
331         /*
332          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
333          * vm_page_dump
334          *
335          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
336          * needs to be included in a minidump.
337          *
338          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
339          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
340          *
341          * However, x86 still needs this workspace internally within the
342          * minidump code.  In theory, they are not needed on x86, but are
343          * included should the sf_buf code decide to use them.
344          */
345         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE;
346         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
347         end -= vm_page_dump_size;
348         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
349                                         VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
350         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
351 #endif
352         /*
353          * Compute the number of pages of memory that will be available for
354          * use (taking into account the overhead of a page structure per
355          * page).
356          */
357         first_page = phys_avail[0].phys_beg / PAGE_SIZE;
358         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE - first_page;
359         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
360
361 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
362         /*
363          * (only applies to real kernels)
364          *
365          * Reserve a large amount of low memory for potential 32-bit DMA
366          * space allocations.  Once device initialization is complete we
367          * release most of it, but keep (vm_dma_reserved) memory reserved
368          * for later use.  Typically for X / graphics.  Through trial and
369          * error we find that GPUs usually requires ~60-100MB or so.
370          *
371          * By default, 128M is left in reserve on machines with 2G+ of ram.
372          */
373         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
374         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
375                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
376         if (vm_dma_reserved == 0) {
377                 vm_dma_reserved = 128 * 1024 * 1024;    /* 128MB */
378                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
379                         vm_dma_reserved = total / 16;
380         }
381 #endif
382         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
383                    ALIST_RECORDS_65536);
384
385         /*
386          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
387          * queue.
388          */
389         if (bootverbose && ctob(physmem) >= 400LL*1024*1024*1024)
390                 kprintf("initializing vm_page_array ");
391         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
392         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
393         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
394
395 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
396         /*
397          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
398          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
399          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
400          */
401         for (pa = new_end;
402              pa < phys_avail[biggestone].phys_end;
403              pa += PAGE_SIZE) {
404                 dump_add_page(pa);
405         }
406 #endif
407
408         /*
409          * Clear all of the page structures, run basic initialization so
410          * PHYS_TO_VM_PAGE() operates properly even on pages not in the
411          * map.
412          */
413         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
414         vm_page_array_size = page_range;
415         if (bootverbose && ctob(physmem) >= 400LL*1024*1024*1024)
416                 kprintf("size = 0x%zx\n", vm_page_array_size);
417
418         m = &vm_page_array[0];
419         pa = ptoa(first_page);
420         for (i = 0; i < page_range; ++i) {
421                 spin_init(&m->spin, "vm_page");
422                 m->phys_addr = pa;
423                 pa += PAGE_SIZE;
424                 ++m;
425         }
426
427         /*
428          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
429          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
430          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
431          * the exhaustion of low physical memory before isa_dma_init has run.
432          */
433         vmstats.v_page_count = 0;
434         vmstats.v_free_count = 0;
435         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end && npages > 0; ++i) {
436                 pa = phys_avail[i].phys_beg;
437                 if (i == biggestone)
438                         last_pa = new_end;
439                 else
440                         last_pa = phys_avail[i].phys_end;
441                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
442                         vm_add_new_page(pa);
443                         pa += PAGE_SIZE;
444                 }
445         }
446         if (virtual2_start)
447                 virtual2_start = vaddr;
448         else
449                 virtual_start = vaddr;
450         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
451 }
452
453 /*
454  * (called from early boot only)
455  *
456  * Reorganize VM pages based on numa data.  May be called as many times as
457  * necessary.  Will reorganize the vm_page_t page color and related queue(s)
458  * to allow vm_page_alloc() to choose pages based on socket affinity.
459  *
460  * NOTE: This function is only called while we are still in UP mode, so
461  *       we only need a critical section to protect the queues (which
462  *       saves a lot of time, there are likely a ton of pages).
463  */
464 void
465 vm_numa_organize(vm_paddr_t ran_beg, vm_paddr_t bytes, int physid)
466 {
467         vm_paddr_t scan_beg;
468         vm_paddr_t scan_end;
469         vm_paddr_t ran_end;
470         struct vpgqueues *vpq;
471         vm_page_t m;
472         vm_page_t mend;
473         int socket_mod;
474         int socket_value;
475         int i;
476
477         /*
478          * Check if no physical information, or there was only one socket
479          * (so don't waste time doing nothing!).
480          */
481         if (cpu_topology_phys_ids <= 1 ||
482             cpu_topology_core_ids == 0) {
483                 return;
484         }
485
486         /*
487          * Setup for our iteration.  Note that ACPI may iterate CPU
488          * sockets starting at 0 or 1 or some other number.  The
489          * cpu_topology code mod's it against the socket count.
490          */
491         ran_end = ran_beg + bytes;
492
493         socket_mod = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
494         socket_value = (physid % cpu_topology_phys_ids) * socket_mod;
495         mend = &vm_page_array[vm_page_array_size];
496
497         crit_enter();
498
499         /*
500          * Adjust cpu_topology's phys_mem parameter
501          */
502         if (root_cpu_node)
503                 vm_numa_add_topology_mem(root_cpu_node, physid, (long)bytes);
504
505         /*
506          * Adjust vm_page->pc and requeue all affected pages.  The
507          * allocator will then be able to localize memory allocations
508          * to some degree.
509          */
510         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
511                 scan_beg = phys_avail[i].phys_beg;
512                 scan_end = phys_avail[i].phys_end;
513                 if (scan_end <= ran_beg)
514                         continue;
515                 if (scan_beg >= ran_end)
516                         continue;
517                 if (scan_beg < ran_beg)
518                         scan_beg = ran_beg;
519                 if (scan_end > ran_end)
520                         scan_end = ran_end;
521                 if (atop(scan_end) > first_page + vm_page_array_size)
522                         scan_end = ptoa(first_page + vm_page_array_size);
523
524                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(scan_beg);
525                 while (scan_beg < scan_end) {
526                         KKASSERT(m < mend);
527                         if (m->queue != PQ_NONE) {
528                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
529                                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
530                                 --vpq->lcnt;
531                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
532                                 m->queue -= m->pc;
533                                 m->pc %= socket_mod;
534                                 m->pc += socket_value;
535                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
536                                 m->queue += m->pc;
537                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
538                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
539                                 ++vpq->lcnt;
540                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
541                         } else {
542                                 m->pc %= socket_mod;
543                                 m->pc += socket_value;
544                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
545                         }
546                         scan_beg += PAGE_SIZE;
547                         ++m;
548                 }
549         }
550
551         crit_exit();
552 }
553
554 /*
555  * (called from early boot only)
556  *
557  * Don't allow the NUMA organization to leave vm_page_queues[] nodes
558  * completely empty for a logical cpu.  Doing so would force allocations
559  * on that cpu to always borrow from a nearby cpu, create unnecessary
560  * contention, and cause vm_page_alloc() to iterate more queues and run more
561  * slowly.
562  *
563  * This situation can occur when memory sticks are not entirely populated,
564  * populated at different densities, or in naturally assymetric systems
565  * such as the 2990WX.  There could very well be many vm_page_queues[]
566  * entries with *NO* pages assigned to them.
567  *
568  * Fixing this up ensures that each logical CPU has roughly the same
569  * sized memory pool, and more importantly ensures that logical CPUs
570  * do not wind up with an empty memory pool.
571  *
572  * At them moment we just iterate the other queues and borrow pages,
573  * moving them into the queues for cpus with severe deficits even though
574  * the memory might not be local to those cpus.  I am not doing this in
575  * a 'smart' way, its effectively UMA style (sorta, since its page-by-page
576  * whereas real UMA typically exchanges address bits 8-10 with high address
577  * bits).  But it works extremely well and gives us fairly good deterministic
578  * results on the cpu cores associated with these secondary nodes.
579  */
580 void
581 vm_numa_organize_finalize(void)
582 {
583         struct vpgqueues *vpq;
584         vm_page_t m;
585         long lcnt_lo;
586         long lcnt_hi;
587         int iter;
588         int i;
589         int scale_lim;
590
591         crit_enter();
592
593         /*
594          * Machines might not use an exact power of 2 for phys_ids,
595          * core_ids, ht_ids, etc.  This can slightly reduce the actual
596          * range of indices in vm_page_queues[] that are nominally used.
597          */
598         if (cpu_topology_ht_ids) {
599                 scale_lim = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
600                 scale_lim = scale_lim / cpu_topology_core_ids;
601                 scale_lim = scale_lim / cpu_topology_ht_ids;
602                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_ht_ids;
603                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_core_ids;
604                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_phys_ids;
605         } else {
606                 scale_lim = PQ_L2_SIZE;
607         }
608
609         /*
610          * Calculate an average, set hysteresis for balancing from
611          * 10% below the average to the average.
612          */
613         lcnt_hi = 0;
614         for (i = 0; i < scale_lim; ++i) {
615                 lcnt_hi += vm_page_queues[i].lcnt;
616         }
617         lcnt_hi /= scale_lim;
618         lcnt_lo = lcnt_hi - lcnt_hi / 10;
619
620         kprintf("vm_page: avg %ld pages per queue, %d queues\n",
621                 lcnt_hi, scale_lim);
622
623         iter = 0;
624         for (i = 0; i < scale_lim; ++i) {
625                 vpq = &vm_page_queues[PQ_FREE + i];
626                 while (vpq->lcnt < lcnt_lo) {
627                         struct vpgqueues *vptmp;
628
629                         iter = (iter + 1) & PQ_L2_MASK;
630                         vptmp = &vm_page_queues[PQ_FREE + iter];
631                         if (vptmp->lcnt < lcnt_hi)
632                                 continue;
633                         m = TAILQ_FIRST(&vptmp->pl);
634                         KKASSERT(m->queue == PQ_FREE + iter);
635                         TAILQ_REMOVE(&vptmp->pl, m, pageq);
636                         --vptmp->lcnt;
637                         /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
638                         m->queue -= m->pc;
639                         m->pc = i;
640                         m->queue += m->pc;
641                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
642                         ++vpq->lcnt;
643                 }
644         }
645         crit_exit();
646 }
647
648 static
649 void
650 vm_numa_add_topology_mem(cpu_node_t *cpup, int physid, long bytes)
651 {
652         int cpuid;
653         int i;
654
655         switch(cpup->type) {
656         case PACKAGE_LEVEL:
657                 cpup->phys_mem += bytes;
658                 break;
659         case CHIP_LEVEL:
660                 /*
661                  * All members should have the same chipid, so we only need
662                  * to pull out one member.
663                  */
664                 if (CPUMASK_TESTNZERO(cpup->members)) {
665                         cpuid = BSFCPUMASK(cpup->members);
666                         if (physid ==
667                             get_chip_ID_from_APICID(CPUID_TO_APICID(cpuid))) {
668                                 cpup->phys_mem += bytes;
669                         }
670                 }
671                 break;
672         case CORE_LEVEL:
673         case THREAD_LEVEL:
674                 /*
675                  * Just inherit from the parent node
676                  */
677                 cpup->phys_mem = cpup->parent_node->phys_mem;
678                 break;
679         }
680         for (i = 0; i < MAXCPU && cpup->child_node[i]; ++i)
681                 vm_numa_add_topology_mem(cpup->child_node[i], physid, bytes);
682 }
683
684 /*
685  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
686  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
687  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
688  * allocations.
689  *
690  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
691  */
692 static void
693 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
694 {
695         alist_blk_t blk;
696         alist_blk_t rblk;
697         alist_blk_t count;
698         alist_blk_t xcount;
699         alist_blk_t bfree;
700         vm_page_t m;
701         vm_page_t *mp;
702
703         spin_lock(&vm_contig_spin);
704         for (;;) {
705                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
706                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
707                         break;
708                 if (count == 0)
709                         break;
710
711                 /*
712                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
713                  * free in order to reach our target.
714                  */
715                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
716                 if (count > bfree) {
717                         blk += count - bfree;
718                         count = bfree;
719                 }
720
721                 /*
722                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
723                  */
724                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
725                         ;
726                 xcount >>= 1;
727                 blk += count - xcount;
728                 count = xcount;
729
730                 /*
731                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
732                  * the normal VM page queues.
733                  *
734                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
735                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
736                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
737                  * confusion.
738                  */
739                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
740                 if (rblk != blk) {
741                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
742                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
743                                 blk, count, rblk);
744                         break;
745                 }
746                 atomic_add_long(&vmstats.v_dma_pages, -(long)count);
747                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
748
749                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
750                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
751                 while (count) {
752                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
753                         vm_page_unwire(m, 0);
754                         vm_page_free(m);
755                         --count;
756                         ++m;
757                 }
758                 spin_lock(&vm_contig_spin);
759         }
760         spin_unlock(&vm_contig_spin);
761
762         /*
763          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
764          * how much is left over.
765          */
766         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
767                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
768                 (PAGE_SIZE / 1024),
769                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
770
771         /*
772          * hash table for vm_page_lookup_quick()
773          */
774         mp = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map,
775                                  vm_page_array_size * sizeof(vm_page_t),
776                                  VM_SUBSYS_VMPGHASH, KM_CPU(0));
777         bzero(mp, vm_page_array_size * sizeof(vm_page_t));
778         cpu_sfence();
779         vm_page_hash = mp;
780 }
781 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
782         vm_page_startup_finish, NULL);
783
784
785 /*
786  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
787  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
788  */
789 int
790 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
791 {
792         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
793
794         if (p->pindex < info->start_pindex)
795                 return(-1);
796         if (p->pindex > info->end_pindex)
797                 return(1);
798         return(0);
799 }
800
801 int
802 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
803 {
804         if (p1->pindex < p2->pindex)
805                 return(-1);
806         if (p1->pindex > p2->pindex)
807                 return(1);
808         return(0);
809 }
810
811 void
812 vm_page_init(vm_page_t m)
813 {
814         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
815 }
816
817 /*
818  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
819  * allocating and freeing pages at least.
820  *
821  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
822  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
823  * unless both the page and queue are locked.
824  */
825 static __inline
826 void
827 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
828 {
829         u_short queue;
830
831         queue = m->queue;
832         if (queue != PQ_NONE) {
833                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
834                 KKASSERT(queue == m->queue);
835         }
836 }
837
838 static __inline
839 void
840 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
841 {
842         u_short queue;
843
844         queue = m->queue;
845         cpu_ccfence();
846         if (queue != PQ_NONE)
847                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
848 }
849
850 static __inline
851 void
852 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
853 {
854         cpu_ccfence();
855         if (queue != PQ_NONE)
856                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
857 }
858
859
860 static __inline
861 void
862 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
863 {
864         cpu_ccfence();
865         if (queue != PQ_NONE)
866                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
867 }
868
869 void
870 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
871 {
872         _vm_page_queue_spin_lock(m);
873 }
874
875 void
876 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
877 {
878         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
879 }
880
881 void
882 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
883 {
884         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
885 }
886
887 void
888 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
889 {
890         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
891 }
892
893 /*
894  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
895  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
896  * recheck on return.
897  */
898 static __inline
899 void
900 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
901 {
902         vm_page_spin_lock(m);
903         _vm_page_queue_spin_lock(m);
904 }
905
906 static __inline
907 void
908 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
909 {
910         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
911         vm_page_spin_unlock(m);
912 }
913
914 void
915 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
916 {
917         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
918 }
919
920 void
921 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
922 {
923         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
924 }
925
926 /*
927  * Helper function removes vm_page from its current queue.
928  * Returns the base queue the page used to be on.
929  *
930  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
931  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
932  */
933 static __inline u_short
934 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
935 {
936         struct vpgqueues *pq;
937         u_short queue;
938         u_short oqueue;
939         long *cnt;
940
941         queue = m->queue;
942         if (queue != PQ_NONE) {
943                 pq = &vm_page_queues[queue];
944                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
945
946                 /*
947                  * Adjust our pcpu stats.  In order for the nominal low-memory
948                  * algorithms to work properly we don't let any pcpu stat get
949                  * too negative before we force it to be rolled-up into the
950                  * global stats.  Otherwise our pageout and vm_wait tests
951                  * will fail badly.
952                  *
953                  * The idea here is to reduce unnecessary SMP cache
954                  * mastership changes in the global vmstats, which can be
955                  * particularly bad in multi-socket systems.
956                  */
957                 cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
958                 atomic_add_long(cnt, -1);
959                 if (*cnt < -VMMETER_SLOP_COUNT) {
960                         u_long copy = atomic_swap_long(cnt, 0);
961                         cnt = (long *)((char *)&vmstats + pq->cnt_offset);
962                         atomic_add_long(cnt, copy);
963                         cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats +
964                                       pq->cnt_offset);
965                         atomic_add_long(cnt, copy);
966                 }
967                 pq->lcnt--;
968                 m->queue = PQ_NONE;
969                 oqueue = queue;
970                 queue -= m->pc;
971                 vm_page_queues_spin_unlock(oqueue);     /* intended */
972         }
973         return queue;
974 }
975
976 /*
977  * Helper function places the vm_page on the specified queue.  Generally
978  * speaking only PQ_FREE pages are placed at the head, to allow them to
979  * be allocated sooner rather than later on the assumption that they
980  * are cache-hot.
981  *
982  * The vm_page must be spinlocked.
983  * This function will return with both the page and the queue locked.
984  */
985 static __inline void
986 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
987 {
988         struct vpgqueues *pq;
989         u_long *cnt;
990
991         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
992
993         if (queue != PQ_NONE) {
994                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
995                 pq = &vm_page_queues[queue];
996                 ++pq->lcnt;
997
998                 /*
999                  * Adjust our pcpu stats.  If a system entity really needs
1000                  * to incorporate the count it will call vmstats_rollup()
1001                  * to roll it all up into the global vmstats strufture.
1002                  */
1003                 cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
1004                 atomic_add_long(cnt, 1);
1005
1006                 /*
1007                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
1008                  * cache-hot pages to programs.
1009                  */
1010                 m->queue = queue;
1011                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
1012                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1013                 } else if (athead) {
1014                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1015                 } else {
1016                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1017                 }
1018                 /* leave the queue spinlocked */
1019         }
1020 }
1021
1022 /*
1023  * Wait until page is no longer BUSY.  If also_m_busy is TRUE we wait
1024  * until the page is no longer BUSY or SBUSY (busy_count field is 0).
1025  *
1026  * Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we did not.  Only one sleep
1027  * call will be made before returning.
1028  *
1029  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
1030  * guaranteed to be available.
1031  */
1032 void
1033 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
1034 {
1035         u_int32_t busy_count;
1036
1037         for (;;) {
1038                 busy_count = m->busy_count;
1039                 cpu_ccfence();
1040
1041                 if ((busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0 &&
1042                     (also_m_busy == 0 || (busy_count & PBUSY_MASK) == 0)) {
1043                         break;
1044                 }
1045                 tsleep_interlock(m, 0);
1046                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1047                                       busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1048                         atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1049                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1050                         break;
1051                 }
1052         }
1053 }
1054
1055 /*
1056  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
1057  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
1058  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
1059  * is used if it was probed.
1060  *
1061  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
1062  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
1063  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
1064  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
1065  * hardware cache management performance.
1066  *
1067  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
1068  */
1069 u_short
1070 vm_get_pg_color(int cpuid, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1071 {
1072         u_short pg_color;
1073         int object_pg_color;
1074
1075         /*
1076          * WARNING! cpu_topology_core_ids might not be a power of two.
1077          *          We also shouldn't make assumptions about
1078          *          cpu_topology_phys_ids either.
1079          *
1080          * WARNING! ncpus might not be known at this time (during early
1081          *          boot), and might be set to 1.
1082          *
1083          * General format: [phys_id][core_id][cpuid][set-associativity]
1084          * (but uses modulo, so not necessarily precise bit masks)
1085          */
1086         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
1087
1088         if (cpu_topology_ht_ids) {
1089                 int phys_id;
1090                 int core_id;
1091                 int ht_id;
1092                 int physcale;
1093                 int grpscale;
1094                 int cpuscale;
1095
1096                 /*
1097                  * Translate cpuid to socket, core, and hyperthread id.
1098                  */
1099                 phys_id = get_cpu_phys_id(cpuid);
1100                 core_id = get_cpu_core_id(cpuid);
1101                 ht_id = get_cpu_ht_id(cpuid);
1102
1103                 /*
1104                  * Calculate pg_color for our array index.
1105                  *
1106                  * physcale - socket multiplier.
1107                  * grpscale - core multiplier (cores per socket)
1108                  * cpu*     - cpus per core
1109                  *
1110                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1111                  *          initialized and may be set to (1).
1112                  *
1113                  * WARNING! physcale must match the organization that
1114                  *          vm_numa_organize() creates to ensure that
1115                  *          we properly localize allocations to the
1116                  *          requested cpuid.
1117                  */
1118                 physcale = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
1119                 grpscale = physcale / cpu_topology_core_ids;
1120                 cpuscale = grpscale / cpu_topology_ht_ids;
1121
1122                 pg_color = phys_id * physcale;
1123                 pg_color += core_id * grpscale;
1124                 pg_color += ht_id * cpuscale;
1125                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1126
1127 #if 0
1128                 if (grpsize >= 8) {
1129                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1130                 } else {
1131                         if (grpsize <= 2) {
1132                                 grpsize = 8;
1133                         } else {
1134                                 /* 3->9, 4->8, 5->10, 6->12, 7->14 */
1135                                 grpsize += grpsize;
1136                                 if (grpsize < 8)
1137                                         grpsize += grpsize;
1138                         }
1139                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1140                 }
1141 #endif
1142         } else {
1143                 /*
1144                  * Unknown topology, distribute things evenly.
1145                  *
1146                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1147                  *          initialized and may be set to (1).
1148                  */
1149                 int cpuscale;
1150
1151                 cpuscale = PQ_L2_SIZE / ncpus;
1152
1153                 pg_color = cpuid * cpuscale;
1154                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1155         }
1156         return (pg_color & PQ_L2_MASK);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Wait until BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
1161  * also wait for m->busy_count to become 0 before setting PBUSY_LOCKED.
1162  */
1163 void
1164 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
1165                                      int also_m_busy, const char *msg
1166                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1167 {
1168         u_int32_t busy_count;
1169
1170         for (;;) {
1171                 busy_count = m->busy_count;
1172                 cpu_ccfence();
1173                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1174                         tsleep_interlock(m, 0);
1175                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1176                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1177                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1178                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1179                         }
1180                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1181                         tsleep_interlock(m, 0);
1182                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1183                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1184                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1185                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1186                         }
1187                 } else {
1188                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1189                                               busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1190 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1191                                 m->busy_func = func;
1192                                 m->busy_line = lineno;
1193 #endif
1194                                 break;
1195                         }
1196                 }
1197         }
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Attempt to set BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if
1202  * m->busy_count is also 0.
1203  *
1204  * Returns non-zero on failure.
1205  */
1206 int
1207 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
1208                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1209 {
1210         u_int32_t busy_count;
1211
1212         for (;;) {
1213                 busy_count = m->busy_count;
1214                 cpu_ccfence();
1215                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED)
1216                         return TRUE;
1217                 if (also_m_busy && (busy_count & PBUSY_MASK) != 0)
1218                         return TRUE;
1219                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1220                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1221 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1222                                 m->busy_func = func;
1223                                 m->busy_line = lineno;
1224 #endif
1225                         return FALSE;
1226                 }
1227         }
1228 }
1229
1230 /*
1231  * Clear the BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
1232  * that a wakeup() should be performed.
1233  *
1234  * (inline version)
1235  */
1236 static __inline
1237 int
1238 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1239 {
1240         u_int32_t busy_count;
1241
1242         busy_count = m->busy_count;
1243         cpu_ccfence();
1244         for (;;) {
1245                 if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_count, &busy_count,
1246                                       busy_count &
1247                                       ~(PBUSY_LOCKED | PBUSY_WANTED))) {
1248                         return((int)(busy_count & PBUSY_WANTED));
1249                 }
1250         }
1251         /* not reached */
1252 }
1253
1254 /*
1255  * Clear the BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
1256  * is typically the last call you make on a page before moving onto
1257  * other things.
1258  */
1259 void
1260 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1261 {
1262         KASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED,
1263                 ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
1264         if (_vm_page_wakeup(m))
1265                 wakeup(m);
1266 }
1267
1268 /*
1269  * Hold a page, preventing reuse.  This is typically only called on pages
1270  * in a known state (either held busy, special, or interlocked in some
1271  * manner).  Holding a page does not ensure that it remains valid, it only
1272  * prevents reuse.  The page must not already be on the FREE queue or in
1273  * any danger of being moved to the FREE queue concurrent with this call.
1274  *
1275  * Other parts of the system can still disassociate the page from its object
1276  * and attempt to free it, or perform read or write I/O on it and/or otherwise
1277  * manipulate the page, but if the page is held the VM system will leave the
1278  * page and its data intact and not cycle it through the FREE queue until
1279  * the last hold has been released.
1280  *
1281  * (see vm_page_wire() if you want to prevent the page from being
1282  *  disassociated from its object too).
1283  */
1284 void
1285 vm_page_hold(vm_page_t m)
1286 {
1287         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1288         KKASSERT(m->queue - m->pc != PQ_FREE);
1289 #if 0
1290         vm_page_spin_lock(m);
1291         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1292         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
1293                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1294                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1295                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1296                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1297         }
1298         vm_page_spin_unlock(m);
1299 #endif
1300 }
1301
1302 /*
1303  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
1304  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
1305  *
1306  * To avoid racing against vm_page_free*() we must test conditions
1307  * after obtaining the spin-lock.
1308  */
1309 void
1310 vm_page_unhold(vm_page_t m)
1311 {
1312         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
1313                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or "
1314                  "on FREE queue (%d)",
1315                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
1316
1317         if (atomic_fetchadd_int(&m->hold_count, -1) == 1) {
1318                 vm_page_spin_lock(m);
1319                 if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1320                         _vm_page_queue_spin_lock(m);
1321                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1322                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
1323                         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1324                 }
1325                 vm_page_spin_unlock(m);
1326         }
1327 }
1328
1329 /*
1330  * Create a fictitious page with the specified physical address and
1331  * memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1332  * dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1333  */
1334 void
1335 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1336 {
1337
1338         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1339                 /*
1340                  * The page's memattr might have changed since the
1341                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1342                  * new memattr.
1343                  */
1344                 goto memattr;
1345         }
1346         m->phys_addr = paddr;
1347         m->queue = PQ_NONE;
1348         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1349         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1350         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED;
1351         m->busy_count = PBUSY_LOCKED;
1352         m->wire_count = 1;
1353         spin_init(&m->spin, "fake_page");
1354         pmap_page_init(m);
1355 memattr:
1356         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1357 }
1358
1359 /*
1360  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1361  *
1362  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1363  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1364  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1365  * here so we *can't* do this anyway.
1366  *
1367  * This routine may not block.
1368  * This routine must be called with the vm_object held.
1369  * This routine must be called with a critical section held.
1370  *
1371  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1372  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1373  */
1374 int
1375 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1376 {
1377         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1378         if (m->object != NULL)
1379                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1380
1381         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1382
1383         /*
1384          * Record the object/offset pair in this page and add the
1385          * pv_list_count of the page to the object.
1386          *
1387          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1388          */
1389         vm_page_spin_lock(m);
1390         m->object = object;
1391         m->pindex = pindex;
1392         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1393                 m->object = NULL;
1394                 m->pindex = 0;
1395                 vm_page_spin_unlock(m);
1396                 return FALSE;
1397         }
1398         ++object->resident_page_count;
1399         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1400         vm_page_spin_unlock(m);
1401
1402         /*
1403          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1404          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1405          */
1406         if ((m->valid & m->dirty) ||
1407             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1408                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1409
1410         /*
1411          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1412          */
1413         swap_pager_page_inserted(m);
1414         return TRUE;
1415 }
1416
1417 /*
1418  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1419  *
1420  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1421  * This routine may not block.
1422  *
1423  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1424  * No other requirements.
1425  *
1426  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1427  *       it busy.
1428  */
1429 void
1430 vm_page_remove(vm_page_t m)
1431 {
1432         vm_object_t object;
1433
1434         if (m->object == NULL) {
1435                 return;
1436         }
1437
1438         if ((m->busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0)
1439                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1440
1441         object = m->object;
1442
1443         vm_object_hold(object);
1444
1445         /*
1446          * Remove the page from the object and update the object.
1447          *
1448          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1449          */
1450         vm_page_spin_lock(m);
1451         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1452         --object->resident_page_count;
1453         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1454         m->object = NULL;
1455         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1456         vm_page_spin_unlock(m);
1457
1458         vm_object_drop(object);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * Calculate the hash position for the vm_page hash heuristic.
1463  */
1464 static __inline
1465 struct vm_page **
1466 vm_page_hash_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1467 {
1468         size_t hi;
1469
1470         hi = (uintptr_t)object % (uintptr_t)vm_page_array_size + pindex;
1471         hi %= vm_page_array_size;
1472         return (&vm_page_hash[hi]);
1473 }
1474
1475 /*
1476  * Heuristical page lookup that does not require any locks.  Returns
1477  * a soft-busied page on success, NULL on failure.
1478  *
1479  * Caller must lookup the page the slow way if NULL is returned.
1480  */
1481 vm_page_t
1482 vm_page_hash_get(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1483 {
1484         struct vm_page **mp;
1485         vm_page_t m;
1486
1487         if (vm_page_hash == NULL)
1488                 return NULL;
1489         mp = vm_page_hash_hash(object, pindex);
1490         m = *mp;
1491         cpu_ccfence();
1492         if (m == NULL)
1493                 return NULL;
1494         if (m->object != object || m->pindex != pindex)
1495                 return NULL;
1496         if (vm_page_sbusy_try(m))
1497                 return NULL;
1498         if (m->object != object || m->pindex != pindex) {
1499                 vm_page_wakeup(m);
1500                 return NULL;
1501         }
1502         return m;
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Enter page onto vm_page_hash[].  This is a heuristic, SMP collisions
1507  * are allowed.
1508  */
1509 static __inline
1510 void
1511 vm_page_hash_enter(vm_page_t m)
1512 {
1513         struct vm_page **mp;
1514
1515         if (vm_page_hash &&
1516             m > &vm_page_array[0] &&
1517             m < &vm_page_array[vm_page_array_size]) {
1518                 mp = vm_page_hash_hash(m->object, m->pindex);
1519                 if (*mp != m)
1520                         *mp = m;
1521         }
1522 }
1523
1524 /*
1525  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1526  * page could not be found.
1527  *
1528  * The caller must hold the vm_object token.
1529  */
1530 vm_page_t
1531 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1532 {
1533         vm_page_t m;
1534
1535         /*
1536          * Search the hash table for this object/offset pair
1537          */
1538         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1539         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1540         if (m) {
1541                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1542                 vm_page_hash_enter(m);
1543         }
1544         return(m);
1545 }
1546
1547 vm_page_t
1548 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1549                                             vm_pindex_t pindex,
1550                                             int also_m_busy, const char *msg
1551                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1552 {
1553         u_int32_t busy_count;
1554         vm_page_t m;
1555
1556         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1557         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1558         while (m) {
1559                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1560                 busy_count = m->busy_count;
1561                 cpu_ccfence();
1562                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1563                         tsleep_interlock(m, 0);
1564                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1565                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1566                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1567                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1568                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1569                                                               pindex);
1570                         }
1571                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1572                         tsleep_interlock(m, 0);
1573                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1574                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1575                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1576                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1577                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1578                                                               pindex);
1579                         }
1580                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1581                                              busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1582 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1583                         m->busy_func = func;
1584                         m->busy_line = lineno;
1585 #endif
1586                         vm_page_hash_enter(m);
1587                         break;
1588                 }
1589         }
1590         return m;
1591 }
1592
1593 /*
1594  * Attempt to lookup and busy a page.
1595  *
1596  * Returns NULL if the page could not be found
1597  *
1598  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1599  * be busied.
1600  *
1601  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1602  */
1603 vm_page_t
1604 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1605                                            vm_pindex_t pindex,
1606                                            int also_m_busy, int *errorp
1607                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1608 {
1609         u_int32_t busy_count;
1610         vm_page_t m;
1611
1612         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1613         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1614         *errorp = FALSE;
1615         while (m) {
1616                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1617                 busy_count = m->busy_count;
1618                 cpu_ccfence();
1619                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1620                         *errorp = TRUE;
1621                         break;
1622                 }
1623                 if (also_m_busy && busy_count) {
1624                         *errorp = TRUE;
1625                         break;
1626                 }
1627                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1628                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1629 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1630                         m->busy_func = func;
1631                         m->busy_line = lineno;
1632 #endif
1633                         vm_page_hash_enter(m);
1634                         break;
1635                 }
1636         }
1637         return m;
1638 }
1639
1640 /*
1641  * Returns a page that is only soft-busied for use by the caller in
1642  * a read-only fashion.  Returns NULL if the page could not be found,
1643  * the soft busy could not be obtained, or the page data is invalid.
1644  */
1645 vm_page_t
1646 vm_page_lookup_sbusy_try(struct vm_object *object, vm_pindex_t pindex,
1647                          int pgoff, int pgbytes)
1648 {
1649         vm_page_t m;
1650
1651         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1652         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1653         if (m) {
1654                 if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1655                      !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1656                     (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1657                         m = NULL;
1658                 } else if (vm_page_sbusy_try(m)) {
1659                         m = NULL;
1660                 } else if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1661                             !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1662                            (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1663                         vm_page_sbusy_drop(m);
1664                         m = NULL;
1665                 } else {
1666                         vm_page_hash_enter(m);
1667                 }
1668         }
1669         return m;
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Caller must hold the related vm_object
1674  */
1675 vm_page_t
1676 vm_page_next(vm_page_t m)
1677 {
1678         vm_page_t next;
1679
1680         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1681         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1682                 next = NULL;
1683         return (next);
1684 }
1685
1686 /*
1687  * vm_page_rename()
1688  *
1689  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1690  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1691  * on return.
1692  *
1693  * new_object must be held.
1694  * This routine might block. XXX ?
1695  *
1696  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1697  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1698  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1699  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1700  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1701  *
1702  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1703  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1704  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1705  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1706  *       on the cache.
1707  */
1708 void
1709 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1710 {
1711         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
1712         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1713         if (m->object) {
1714                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1715                 vm_page_remove(m);
1716         }
1717         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1718                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1719                       new_object, new_pindex);
1720         }
1721         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1722                 vm_page_deactivate(m);
1723         vm_page_dirty(m);
1724 }
1725
1726 /*
1727  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1728  * is to remain BUSYied by the caller.
1729  *
1730  * This routine may not block.
1731  */
1732 void
1733 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1734 {
1735         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1736         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1737         vm_page_spin_unlock(m);
1738 }
1739
1740 /*
1741  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1742  * if necessary.
1743  *
1744  * This routine may not block.
1745  */
1746 void
1747 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1748 {
1749         u_short queue;
1750
1751         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1752         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1753         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1754                 vm_page_spin_unlock(m);
1755                 pagedaemon_wakeup();
1756         } else {
1757                 vm_page_spin_unlock(m);
1758         }
1759 }
1760
1761 /*
1762  * vm_page_list_find()
1763  *
1764  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1765  *
1766  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1767  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1768  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1769  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1770  *
1771  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1772  * memory to cpus and physical sockets.
1773  *
1774  * Each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock and the
1775  * algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1776  * This is done by 'twisting' the colors.
1777  *
1778  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1779  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not BUSY'd.  The caller
1780  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1781  * deactivating the page and looping).
1782  *
1783  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1784  *        is available for outside callers but the only critical path is
1785  *        from within this source file.
1786  *
1787  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1788  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1789  *        first, then queue.
1790  */
1791 static __inline
1792 vm_page_t
1793 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1794 {
1795         struct vpgqueues *pq;
1796         vm_page_t m;
1797
1798         index &= PQ_L2_MASK;
1799         pq = &vm_page_queues[basequeue + index];
1800
1801         /*
1802          * Try this cpu's colored queue first.  Test for a page unlocked,
1803          * then lock the queue and locate a page.  Note that the lock order
1804          * is reversed, but we do not want to dwadle on the page spinlock
1805          * anyway as it is held significantly longer than the queue spinlock.
1806          */
1807         if (TAILQ_FIRST(&pq->pl)) {
1808                 spin_lock(&pq->spin);
1809                 TAILQ_FOREACH(m, &pq->pl, pageq) {
1810                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1811                                 continue;
1812                         KKASSERT(m->queue == basequeue + index);
1813                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1814                         return(m);
1815                 }
1816                 spin_unlock(&pq->spin);
1817         }
1818
1819         /*
1820          * If we are unable to get a page, do a more involved NUMA-aware
1821          * search.
1822          */
1823         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1824         return(m);
1825 }
1826
1827 /*
1828  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1829  * a nearby (NUMA-aware) queue.
1830  */
1831 static vm_page_t
1832 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1833 {
1834         struct vpgqueues *pq;
1835         vm_page_t m = NULL;
1836         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1837         int pqi;
1838         int i;
1839
1840         index &= PQ_L2_MASK;
1841         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1842
1843         /*
1844          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1845          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1846          *
1847          * Test each queue unlocked first, then lock the queue and locate
1848          * a page.  Note that the lock order is reversed, but we do not want
1849          * to dwadle on the page spinlock anyway as it is held significantly
1850          * longer than the queue spinlock.
1851          */
1852         do {
1853                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1854                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1855                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1856                         if (TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl)) {
1857                                 spin_lock(&pq[pqi].spin);
1858                                 TAILQ_FOREACH(m, &pq[pqi].pl, pageq) {
1859                                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1860                                                 continue;
1861                                         KKASSERT(m->queue == basequeue + pqi);
1862                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1863                                         return(m);
1864                                 }
1865                                 spin_unlock(&pq[pqi].spin);
1866                         }
1867                 }
1868         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1869
1870         return(m);
1871 }
1872
1873 /*
1874  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1875  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1876  * deactivate it if it cannot be busied!)
1877  *
1878  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1879  */
1880 vm_page_t
1881 vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1882 {
1883         return(_vm_page_list_find(basequeue, index));
1884 }
1885
1886 /*
1887  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1888  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1889  *
1890  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1891  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1892  *
1893  * This routine may not block.
1894  *
1895  */
1896 static vm_page_t
1897 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1898 {
1899         vm_page_t m;
1900
1901         for (;;) {
1902                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1903                 if (m == NULL)
1904                         break;
1905                 /*
1906                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1907                  */
1908                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1909                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1910                         vm_page_spin_unlock(m);
1911                 } else {
1912                         /*
1913                          * We successfully busied the page
1914                          */
1915                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1916                             m->hold_count == 0 &&
1917                             m->wire_count == 0 &&
1918                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1919                                 vm_page_spin_unlock(m);
1920                                 pagedaemon_wakeup();
1921                                 return(m);
1922                         }
1923
1924                         /*
1925                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1926                          */
1927                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1928                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1929                                 vm_page_spin_unlock(m);
1930                                 wakeup(m);
1931                         } else {
1932                                 vm_page_spin_unlock(m);
1933                         }
1934                 }
1935         }
1936         return (m);
1937 }
1938
1939 /*
1940  * Find a free page.  We attempt to inline the nominal case and fall back
1941  * to _vm_page_select_free() otherwise.  A busied page is removed from
1942  * the queue and returned.
1943  *
1944  * This routine may not block.
1945  */
1946 static __inline vm_page_t
1947 vm_page_select_free(u_short pg_color)
1948 {
1949         vm_page_t m;
1950
1951         for (;;) {
1952                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1953                 if (m == NULL)
1954                         break;
1955                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1956                         /*
1957                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1958                          * result in a busy page on the free queue.  We
1959                          * have to move the page out of the way so we can
1960                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1961                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1962                          * the pageout daemon will free the page later on.
1963                          *
1964                          * Since we could not busy the page, however, we
1965                          * cannot make assumptions as to whether the page
1966                          * will be allocated by the other thread or not,
1967                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1968                          * of the way.  In particular, if the other thread
1969                          * wires the page it may wind up on the inactive
1970                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1971                          * with that case too.
1972                          */
1973                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1974                         vm_page_spin_unlock(m);
1975                 } else {
1976                         /*
1977                          * Theoretically if we are able to busy the page
1978                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1979                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1980                          * page before us.
1981                          */
1982                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1983                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1984                         KASSERT(m->hold_count == 0, ("m->hold_count is not zero "
1985                                                      "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
1986                                                      m, m->queue, m->flags, m->hold_count, m->wire_count));
1987                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1988                         vm_page_spin_unlock(m);
1989                         pagedaemon_wakeup();
1990
1991                         /* return busied and removed page */
1992                         return(m);
1993                 }
1994         }
1995         return(m);
1996 }
1997
1998 /*
1999  * vm_page_alloc()
2000  *
2001  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
2002  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
2003  *
2004  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
2005  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
2006  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
2007  *
2008  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
2009  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
2010  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
2011  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
2012  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
2013  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
2014  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
2015  *                              (see vm_page_grab())
2016  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
2017  *
2018  *      VM_ALLOC_CPU(n)         allocate using specified cpu localization
2019  *
2020  * The object must be held if not NULL
2021  * This routine may not block
2022  *
2023  * Additional special handling is required when called from an interrupt
2024  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
2025  * in this case.
2026  */
2027 vm_page_t
2028 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
2029 {
2030         globaldata_t gd;
2031         vm_object_t obj;
2032         vm_page_t m;
2033         u_short pg_color;
2034         int cpuid_local;
2035
2036 #if 0
2037         /*
2038          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
2039          * and pre-zerod for us.
2040          */
2041         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
2042                 crit_enter_gd(gd);
2043                 if (gd->gd_vmpg_count) {
2044                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
2045                         crit_exit_gd(gd);
2046                         goto done;
2047                 }
2048                 crit_exit_gd(gd);
2049         }
2050 #endif
2051         m = NULL;
2052
2053         /*
2054          * CPU LOCALIZATION
2055          *
2056          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
2057          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
2058          * id, and core_id != gd_cpuid).
2059          *
2060          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
2061          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
2062          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
2063          *
2064          * (may be executed before the APs are started, so other GDs might
2065          *  not exist!)
2066          */
2067         if (page_req & VM_ALLOC_CPU_SPEC)
2068                 cpuid_local = VM_ALLOC_GETCPU(page_req);
2069         else
2070                 cpuid_local = mycpu->gd_cpuid;
2071
2072         pg_color = vm_get_pg_color(cpuid_local, object, pindex);
2073
2074         KKASSERT(page_req & 
2075                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
2076                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2077
2078         /*
2079          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
2080          * allowed to eat deeper into the free page list.
2081          */
2082         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
2083                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
2084
2085         /*
2086          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
2087          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
2088          * livelocks, be careful.
2089          */
2090 loop:
2091         gd = mycpu;
2092         if (gd->gd_vmstats.v_free_count >= gd->gd_vmstats.v_free_reserved ||
2093             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) &&
2094              gd->gd_vmstats.v_free_count > 0) ||
2095             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) &&
2096              gd->gd_vmstats.v_cache_count == 0 &&
2097                 gd->gd_vmstats.v_free_count >
2098                 gd->gd_vmstats.v_interrupt_free_min)
2099         ) {
2100                 /*
2101                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
2102                  */
2103                 m = vm_page_select_free(pg_color);
2104         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
2105                 /*
2106                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
2107                  * success, we must free the page and try again, thus
2108                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
2109                  */
2110 #ifdef INVARIANTS
2111                 if (curthread->td_preempted) {
2112                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
2113                                 " cache page from preempting interrupt\n");
2114                         m = NULL;
2115                 } else {
2116                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
2117                 }
2118 #else
2119                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
2120 #endif
2121                 /*
2122                  * On success move the page into the free queue and loop.
2123                  *
2124                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
2125                  * because this is effectively a random page and the caller
2126                  * might be holding the lock shared, we don't want to
2127                  * deadlock.
2128                  */
2129                 if (m != NULL) {
2130                         KASSERT(m->dirty == 0,
2131                                 ("Found dirty cache page %p", m));
2132                         if ((obj = m->object) != NULL) {
2133                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
2134                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2135                                         vm_page_free(m);
2136                                         /* m->object NULL here */
2137                                         vm_object_drop(obj);
2138                                 } else {
2139                                         vm_page_deactivate(m);
2140                                         vm_page_wakeup(m);
2141                                 }
2142                         } else {
2143                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2144                                 vm_page_free(m);
2145                         }
2146                         goto loop;
2147                 }
2148
2149                 /*
2150                  * On failure return NULL
2151                  */
2152                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2153                 pagedaemon_wakeup();
2154                 return (NULL);
2155         } else {
2156                 /*
2157                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
2158                  */
2159                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2160                 pagedaemon_wakeup();
2161                 return (NULL);
2162         }
2163
2164         /*
2165          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
2166          * page.
2167          */
2168         if (m == NULL) {
2169                 vmstats_rollup();
2170                 goto loop;
2171         }
2172
2173         /*
2174          * Good page found.  The page has already been busied for us and
2175          * removed from its queues.
2176          */
2177         KASSERT(m->dirty == 0,
2178                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
2179         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2180
2181 #if 0
2182 done:
2183 #endif
2184         /*
2185          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
2186          * all the rest.  The page has already been busied for us.
2187          */
2188         vm_page_flag_clear(m, ~PG_KEEP_NEWPAGE_MASK);
2189
2190         KKASSERT(m->wire_count == 0);
2191         KKASSERT((m->busy_count & PBUSY_MASK) == 0);
2192         m->act_count = 0;
2193         m->valid = 0;
2194
2195         /*
2196          * Caller must be holding the object lock (asserted by
2197          * vm_page_insert()).
2198          *
2199          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
2200          *       (which could cause us to block allocating memory).
2201          *
2202          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
2203          *       can be used by the caller for any purpose.
2204          */
2205         if (object) {
2206                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
2207                         vm_page_free(m);
2208                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
2209                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
2210                                       object, (long)pindex, m);
2211                         m = NULL;
2212                 }
2213         } else {
2214                 m->pindex = pindex;
2215         }
2216
2217         /*
2218          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
2219          * we would be nearly out of memory.
2220          */
2221         pagedaemon_wakeup();
2222
2223         /*
2224          * A BUSY page is returned.
2225          */
2226         return (m);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
2231  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
2232  */
2233 vm_size_t
2234 vm_contig_avail_pages(void)
2235 {
2236         alist_blk_t blk;
2237         alist_blk_t count;
2238         alist_blk_t bfree;
2239         spin_lock(&vm_contig_spin);
2240         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
2241         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2242
2243         return bfree;
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
2248  * requirements.
2249  */
2250 vm_page_t
2251 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2252                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
2253                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
2254 {
2255         alist_blk_t blk;
2256         vm_page_t m;
2257         vm_pindex_t i;
2258 #if 0
2259         static vm_pindex_t contig_rover;
2260 #endif
2261
2262         alignment >>= PAGE_SHIFT;
2263         if (alignment == 0)
2264                 alignment = 1;
2265         boundary >>= PAGE_SHIFT;
2266         if (boundary == 0)
2267                 boundary = 1;
2268         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2269
2270 #if 0
2271         /*
2272          * Disabled temporarily until we find a solution for DRM (a flag
2273          * to always use the free space reserve, for performance).
2274          */
2275         if (high == BUS_SPACE_MAXADDR && alignment <= PAGE_SIZE &&
2276             boundary <= PAGE_SIZE && size == 1 &&
2277             memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2278                 /*
2279                  * Any page will work, use vm_page_alloc()
2280                  * (e.g. when used from kmem_alloc_attr())
2281                  */
2282                 m = vm_page_alloc(NULL, (contig_rover++) & 0x7FFFFFFF,
2283                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2284                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2285                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2286                 vm_page_wire(m);
2287                 vm_page_wakeup(m);
2288         } else
2289 #endif
2290         {
2291                 /*
2292                  * Use the low-memory dma reserve
2293                  */
2294                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2295                 blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
2296                 if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
2297                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2298                         if (bootverbose) {
2299                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
2300                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024);
2301                                 print_backtrace(5);
2302                         }
2303                         return(NULL);
2304                 }
2305                 if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
2306                         alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
2307                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2308                         if (bootverbose) {
2309                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
2310                                         "%016jx failed\n",
2311                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2312                                         (intmax_t)high);
2313                         }
2314                         return(NULL);
2315                 }
2316                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2317                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
2318         }
2319         if (vm_contig_verbose) {
2320                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk "
2321                         "(%016jx-%016jx al=%lu bo=%lu pgs=%lu attr=%d\n",
2322                         (intmax_t)m->phys_addr,
2323                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2324                         low, high, alignment, boundary, size, memattr);
2325         }
2326         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2327                 for (i = 0;i < size; i++)
2328                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
2329         }
2330         return m;
2331 }
2332
2333 /*
2334  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
2335  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
2336  */
2337 void
2338 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
2339 {
2340         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2341         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
2342         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2343
2344         if (vm_contig_verbose) {
2345                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
2346                         (intmax_t)pa, size / 1024);
2347         }
2348         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
2349                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
2350                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2351                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
2352                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2353         } else {
2354                 while (pages) {
2355                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
2356                         vm_page_unwire(m, 0);
2357                         vm_page_free(m);
2358                         --pages;
2359                         ++m;
2360                 }
2361
2362         }
2363 }
2364
2365
2366 /*
2367  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
2368  * operations.
2369  *
2370  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
2371  *           will trivially deadlock the system.
2372  */
2373 void
2374 vm_wait_nominal(void)
2375 {
2376         while (vm_page_count_min(0))
2377                 vm_wait(0);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Test if vm_wait_nominal() would block.
2382  */
2383 int
2384 vm_test_nominal(void)
2385 {
2386         if (vm_page_count_min(0))
2387                 return(1);
2388         return(0);
2389 }
2390
2391 /*
2392  * Block until free pages are available for allocation, called in various
2393  * places before memory allocations.
2394  *
2395  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
2396  * more generous then that.
2397  */
2398 void
2399 vm_wait(int timo)
2400 {
2401         /*
2402          * never wait forever
2403          */
2404         if (timo == 0)
2405                 timo = hz;
2406         lwkt_gettoken(&vm_token);
2407
2408         if (curthread == pagethread ||
2409             curthread == emergpager) {
2410                 /*
2411                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
2412                  */
2413                 if (vm_page_count_min(0)) {
2414                         vm_pageout_pages_needed = 1;
2415                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
2416                 }
2417         } else {
2418                 /*
2419                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2420                  *
2421                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2422                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
2423                  * But wait a little to try to slow down page allocations
2424                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
2425                  * allocation priority.
2426                  */
2427                 if (vm_page_count_target()) {
2428                         if (vm_pages_needed == 0) {
2429                                 vm_pages_needed = 1;
2430                                 wakeup(&vm_pages_needed);
2431                         }
2432                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2433                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
2434                 }
2435         }
2436         lwkt_reltoken(&vm_token);
2437 }
2438
2439 /*
2440  * Block until free pages are available for allocation
2441  *
2442  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
2443  * easily tracked.
2444  */
2445 void
2446 vm_wait_pfault(void)
2447 {
2448         /*
2449          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2450          *
2451          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2452          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2453          * But wait a little to try to slow down page allocations
2454          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2455          * allocation priority.
2456          */
2457         if (vm_page_count_min(0)) {
2458                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2459                 while (vm_page_count_severe()) {
2460                         if (vm_page_count_target()) {
2461                                 thread_t td;
2462
2463                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2464                                         vm_pages_needed = 1;
2465                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2466                                 }
2467                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2468                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2469
2470                                 /*
2471                                  * Do not stay stuck in the loop if the system is trying
2472                                  * to kill the process.
2473                                  */
2474                                 td = curthread;
2475                                 if (td->td_proc && (td->td_proc->p_flags & P_LOWMEMKILL))
2476                                         break;
2477                         }
2478                 }
2479                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2480         }
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2485  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2486  *
2487  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2488  * This routine may not block.
2489  */
2490 void
2491 vm_page_activate(vm_page_t m)
2492 {
2493         u_short oqueue;
2494
2495         vm_page_spin_lock(m);
2496         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
2497                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2498                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2499                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2500
2501                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2502                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2503                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2504                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2505                                 m->act_count = ACT_INIT;
2506                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2507                 }
2508                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2509                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2510                         pagedaemon_wakeup();
2511         } else {
2512                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2513                         m->act_count = ACT_INIT;
2514                 vm_page_spin_unlock(m);
2515         }
2516 }
2517
2518 /*
2519  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2520  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2521  * queues.
2522  *
2523  * This routine may not block.
2524  */
2525 static __inline void
2526 vm_page_free_wakeup(void)
2527 {
2528         globaldata_t gd = mycpu;
2529
2530         /*
2531          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2532          * there are some free.
2533          */
2534         if (vm_pageout_pages_needed &&
2535             gd->gd_vmstats.v_cache_count + gd->gd_vmstats.v_free_count >=
2536             gd->gd_vmstats.v_pageout_free_min
2537         ) {
2538                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2539                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2540         }
2541
2542         /*
2543          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2544          *
2545          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2546          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2547          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2548          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2549          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2550          * normal target.
2551          */
2552         if (vm_pages_waiting) {
2553                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2554                     !vm_page_count_target()) {
2555                         vm_pages_waiting = 0;
2556                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2557                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2558                 }
2559 #if 0
2560                 if (!vm_page_count_target()) {
2561                         /*
2562                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2563                          */
2564                         vm_pages_waiting = 0;
2565                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2566                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2567                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2568                         /*
2569                          * Some pages are free, wakeup someone.
2570                          */
2571                         int wcount = vm_pages_waiting;
2572                         if (wcount > 0)
2573                                 --wcount;
2574                         vm_pages_waiting = wcount;
2575                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2576                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2577                 }
2578 #endif
2579         }
2580 }
2581
2582 /*
2583  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2584  * it from its VM object.
2585  *
2586  * The vm_page must be BUSY on entry.  BUSY will be released on
2587  * return (the page will have been freed).
2588  */
2589 void
2590 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2591 {
2592         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2593         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2594         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2595
2596         if ((m->busy_count & PBUSY_MASK) || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2597                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy %08x, "
2598                         "hold(%d)\n",
2599                         (u_long)m->pindex, m->busy_count, m->hold_count);
2600                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2601                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2602                 else
2603                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2604         }
2605
2606         /*
2607          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2608          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2609          * after this section (because the page was removed from any
2610          * queue).
2611          */
2612         vm_page_remove(m);
2613         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2614         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2615
2616         /*
2617          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2618          * and queue removal.
2619          */
2620         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2621                 vm_page_spin_unlock(m);
2622                 vm_page_wakeup(m);
2623                 return;
2624         }
2625
2626         m->valid = 0;
2627         vm_page_undirty(m);
2628
2629         if (m->wire_count != 0) {
2630                 if (m->wire_count > 1) {
2631                     panic(
2632                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2633                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2634                 }
2635                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2636         }
2637
2638         /*
2639          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2640          * Clear the NEED_COMMIT flag
2641          */
2642         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2643                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2644         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2645                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2646
2647         if (m->hold_count != 0) {
2648                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2649         } else {
2650                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
2651         }
2652
2653         /*
2654          * This sequence allows us to clear BUSY while still holding
2655          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2656          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2657          * deadlock.
2658          */
2659         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2660         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2661                 vm_page_spin_unlock(m);
2662                 wakeup(m);
2663         } else {
2664                 vm_page_spin_unlock(m);
2665         }
2666         vm_page_free_wakeup();
2667 }
2668
2669 /*
2670  * vm_page_unmanage()
2671  *
2672  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2673  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2674  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2675  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2676  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2677  * operate on the page.
2678  *
2679  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2680  * will clear the flag.
2681  *
2682  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2683  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2684  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2685  * mappings.
2686  *
2687  * Caller must be holding the page busy.
2688  */
2689 void
2690 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2691 {
2692         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2693         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2694                 if (m->wire_count == 0)
2695                         vm_page_unqueue(m);
2696         }
2697         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2698 }
2699
2700 /*
2701  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2702  * paging queues as necessary.
2703  *
2704  * Caller must be holding the page busy.
2705  */
2706 void
2707 vm_page_wire(vm_page_t m)
2708 {
2709         /*
2710          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2711          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2712          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2713          * pages because they are always wired.
2714          */
2715         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2716         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2717                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2718                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2719                                 vm_page_unqueue(m);
2720                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, 1);
2721                 }
2722                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2723                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2724         }
2725 }
2726
2727 /*
2728  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2729  *
2730  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2731  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2732  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2733  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2734  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2735  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2736  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2737  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2738  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2739  * reused more quickly.
2740  *
2741  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2742  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2743  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2744  *
2745  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2746  * put clean pages on the cache queue.
2747  *
2748  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2749  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2750  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2751  * dirty pages in the cache are not allowed.
2752  *
2753  * This routine may not block.
2754  */
2755 void
2756 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2757 {
2758         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2759         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2760                 /* do nothing */
2761         } else if (m->wire_count <= 0) {
2762                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2763         } else {
2764                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2765                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count,-1);
2766                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2767                                 ;
2768                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2769                                 vm_page_spin_lock(m);
2770                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2771                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2772                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2773                         } else {
2774                                 vm_page_spin_lock(m);
2775                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2776                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2777                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2778                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2779                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2780                         }
2781                 }
2782         }
2783 }
2784
2785 /*
2786  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2787  * any associated swap, the swap is deallocated.
2788  *
2789  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2790  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2791  * except without unmapping it from the process address space.
2792  *
2793  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2794  * This routine may not block.
2795  */
2796 static void
2797 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2798 {
2799         u_short oqueue;
2800
2801         /*
2802          * Ignore if already inactive.
2803          */
2804         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2805                 return;
2806         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2807         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2808
2809         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2810                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2811                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2812                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2813                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2814                 if (athead == 0)
2815                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2816         }
2817         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2818         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2819         /* leaves vm_page spinlocked */
2820 }
2821
2822 /*
2823  * Attempt to deactivate a page.
2824  *
2825  * No requirements.
2826  */
2827 void
2828 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2829 {
2830         vm_page_spin_lock(m);
2831         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2832         vm_page_spin_unlock(m);
2833 }
2834
2835 void
2836 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2837 {
2838         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2839 }
2840
2841 /*
2842  * Attempt to move a busied page to PQ_CACHE, then unconditionally unbusy it.
2843  *
2844  * This function returns non-zero if it successfully moved the page to
2845  * PQ_CACHE.
2846  *
2847  * This function unconditionally unbusies the page on return.
2848  */
2849 int
2850 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2851 {
2852         /*
2853          * Shortcut if we obviously cannot move the page, or if the
2854          * page is already on the cache queue.
2855          */
2856         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2857             m->queue - m->pc == PQ_CACHE ||
2858             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2859                 vm_page_wakeup(m);
2860                 return(0);
2861         }
2862
2863         /*
2864          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2865          * be moved to the cache.
2866          */
2867         vm_page_test_dirty(m);
2868         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2869                 vm_page_wakeup(m);
2870                 return(0);
2871         }
2872         vm_page_cache(m);
2873         return(1);
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2878  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2879  *
2880  * Caller provides an unlocked/non-busied page.
2881  * No requirements.
2882  */
2883 int
2884 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2885 {
2886         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
2887                 return(0);
2888
2889         /*
2890          * The page can be in any state, including already being on the free
2891          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2892          */
2893         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2894             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2895             m->wire_count ||                    /* or wired */
2896             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2897                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2898             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2899             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2900                 vm_page_wakeup(m);
2901                 return(0);
2902         }
2903
2904         /*
2905          * We can probably free the page.
2906          *
2907          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2908          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2909          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2910          */
2911         vm_page_test_dirty(m);
2912         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2913                 vm_page_wakeup(m);
2914                 return(0);
2915         }
2916         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2917         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2918                 vm_page_wakeup(m);
2919                 return(0);
2920         }
2921         vm_page_free(m);
2922         return(1);
2923 }
2924
2925 /*
2926  * vm_page_cache
2927  *
2928  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2929  *
2930  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2931  * possibly even free the page.
2932  */
2933 void
2934 vm_page_cache(vm_page_t m)
2935 {
2936         /*
2937          * Not suitable for the cache
2938          */
2939         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2940             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2941             m->wire_count || m->hold_count) {
2942                 vm_page_wakeup(m);
2943                 return;
2944         }
2945
2946         /*
2947          * Already in the cache (and thus not mapped)
2948          */
2949         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2950                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2951                 vm_page_wakeup(m);
2952                 return;
2953         }
2954
2955         /*
2956          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2957          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2958          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2959          */
2960         if (m->dirty) {
2961                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2962                         (long)m->pindex);
2963         }
2964
2965         /*
2966          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2967          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2968          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2969          * everything.
2970          */
2971         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2972         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2973             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2974             m->wire_count || m->hold_count) {
2975                 vm_page_wakeup(m);
2976         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2977                 vm_page_deactivate(m);
2978                 vm_page_wakeup(m);
2979         } else {
2980                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2981                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2982                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2983                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2984                 vm_page_wakeup(m);
2985                 vm_page_free_wakeup();
2986         }
2987 }
2988
2989 /*
2990  * vm_page_dontneed()
2991  *
2992  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2993  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2994  *
2995  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2996  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2997  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2998  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2999  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
3000  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
3001  *
3002  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
3003  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
3004  * where moving them to the cache has the highest weighting.
3005  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
3006  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
3007  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
3008  * often.
3009  *
3010  * The page must be busied.
3011  */
3012 void
3013 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
3014 {
3015         static int dnweight;
3016         int dnw;
3017         int head;
3018
3019         dnw = ++dnweight;
3020
3021         /*
3022          * occassionally leave the page alone
3023          */
3024         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
3025             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
3026             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
3027         ) {
3028                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
3029                         --m->act_count;
3030                 return;
3031         }
3032
3033         /*
3034          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
3035          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
3036          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
3037          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
3038          */
3039         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
3040         pmap_clear_reference(m);
3041
3042         if (m->dirty == 0)
3043                 vm_page_test_dirty(m);
3044
3045         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
3046                 /*
3047                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
3048                  */
3049                 head = 0;
3050         } else {
3051                 /*
3052                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
3053                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
3054                  * at the head of the queue instead of the tail.
3055                  */
3056                 head = 1;
3057         }
3058         vm_page_spin_lock(m);
3059         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
3060         vm_page_spin_unlock(m);
3061 }
3062
3063 /*
3064  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
3065  * is almost like a hard BUSY except that it allows certain compatible
3066  * operations to occur on the page while it is busy.  For example, a page
3067  * undergoing a write can still be mapped read-only.
3068  *
3069  * We also use soft-busy to quickly pmap_enter shared read-only pages
3070  * without having to hold the page locked.
3071  *
3072  * The soft-busy count can be > 1 in situations where multiple threads
3073  * are pmap_enter()ing the same page simultaneously, or when two buffer
3074  * cache buffers overlap the same page.
3075  *
3076  * The caller must hold the page BUSY when making these two calls.
3077  */
3078 void
3079 vm_page_io_start(vm_page_t m)
3080 {
3081         uint32_t ocount;
3082
3083         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3084         KKASSERT(ocount & PBUSY_LOCKED);
3085 }
3086
3087 void
3088 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
3089 {
3090         uint32_t ocount;
3091
3092         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, -1);
3093         KKASSERT(ocount & PBUSY_MASK);
3094 #if 0
3095         if (((ocount - 1) & (PBUSY_LOCKED | PBUSY_MASK)) == 0)
3096                 wakeup(m);
3097 #endif
3098 }
3099
3100 /*
3101  * Attempt to soft-busy a page.  The page must not be PBUSY_LOCKED.
3102  *
3103  * We can't use fetchadd here because we might race a hard-busy and the
3104  * page freeing code asserts on a non-zero soft-busy count (even if only
3105  * temporary).
3106  *
3107  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
3108  */
3109 int
3110 vm_page_sbusy_try(vm_page_t m)
3111 {
3112         uint32_t ocount;
3113
3114         for (;;) {
3115                 ocount = m->busy_count;
3116                 cpu_ccfence();
3117                 if (ocount & PBUSY_LOCKED)
3118                         return 1;
3119                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, ocount, ocount + 1))
3120                         break;
3121         }
3122         return 0;
3123 #if 0
3124         if (m->busy_count & PBUSY_LOCKED)
3125                 return 1;
3126         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3127         if (ocount & PBUSY_LOCKED) {
3128                 vm_page_sbusy_drop(m);
3129                 return 1;
3130         }
3131         return 0;
3132 #endif
3133 }
3134
3135 /*
3136  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
3137  * be reused.  Used by tmpfs.
3138  */
3139 void
3140 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
3141 {
3142         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
3143         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3144 }
3145
3146 void
3147 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
3148 {
3149         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
3154  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
3155  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
3156  * the page).
3157  *
3158  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
3159  * page will be zero'd and marked valid.
3160  *
3161  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
3162  * valid even if it already exists.
3163  *
3164  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
3165  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
3166  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
3167  *
3168  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
3169  * always returned if we had blocked.  
3170  *
3171  * This routine may not be called from an interrupt.
3172  *
3173  * No other requirements.
3174  */
3175 vm_page_t
3176 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3177 {
3178         vm_page_t m;
3179         int error;
3180         int shared = 1;
3181
3182         KKASSERT(allocflags &
3183                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
3184         vm_object_hold_shared(object);
3185         for (;;) {
3186                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
3187                 if (error) {
3188                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
3189                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
3190                                 m = NULL;
3191                                 break;
3192                         }
3193                         /* retry */
3194                 } else if (m == NULL) {
3195                         if (shared) {
3196                                 vm_object_upgrade(object);
3197                                 shared = 0;
3198                         }
3199                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
3200                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
3201                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
3202                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
3203                         if (m)
3204                                 break;
3205                         vm_wait(0);
3206                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
3207                                 goto failed;
3208                 } else {
3209                         /* m found */
3210                         break;
3211                 }
3212         }
3213
3214         /*
3215          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
3216          *
3217          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
3218          * valid even if already valid.
3219          *
3220          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
3221          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
3222          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
3223          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
3224          *        accesors taking the fault.
3225          *
3226          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
3227          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
3228          *        for userland to access the memory.
3229          */
3230         if (m->valid == 0) {
3231                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
3232                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3233                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3234                 }
3235         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
3236                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3237                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3238         }
3239 failed:
3240         vm_object_drop(object);
3241         return(m);
3242 }
3243
3244 /*
3245  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
3246  * a page.  May not block.
3247  *
3248  * Inputs are required to range within a page.
3249  *
3250  * No requirements.
3251  * Non blocking.
3252  */
3253 int
3254 vm_page_bits(int base, int size)
3255 {
3256         int first_bit;
3257         int last_bit;
3258
3259         KASSERT(
3260             base + size <= PAGE_SIZE,
3261             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3262         );
3263
3264         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3265                 return(0);
3266
3267         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3268         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3269
3270         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
3271 }
3272
3273 /*
3274  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3275  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3276  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3277  * such chunks will be zero'd.
3278  *
3279  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
3280  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
3281  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
3282  *       lost.
3283  *
3284  * This routine may not block.
3285  *
3286  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3287  */
3288 static void
3289 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3290 {
3291         int frag;
3292         int endoff;
3293
3294         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3295                 return;
3296
3297         /*
3298          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3299          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3300          * first block.
3301          */
3302
3303         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
3304             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
3305         ) {
3306                 pmap_zero_page_area(
3307                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3308                     frag,
3309                     base - frag
3310                 );
3311         }
3312
3313         /*
3314          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
3315          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3316          * the last block.
3317          */
3318
3319         endoff = base + size;
3320
3321         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
3322             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
3323         ) {
3324                 pmap_zero_page_area(
3325                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3326                     endoff,
3327                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
3328                 );
3329         }
3330 }
3331
3332 /*
3333  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3334  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3335  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
3336  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3337  * be set again.
3338  *
3339  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3340  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3341  * the range.
3342  *
3343  * Page must be busied?
3344  * No other requirements.
3345  */
3346 void
3347 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3348 {
3349         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3350         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3351 }
3352
3353
3354 /*
3355  * Set valid bits and clear dirty bits.
3356  *
3357  * Page must be busied by caller.
3358  *
3359  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3360  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3361  *       and size.
3362  *
3363  * No other requirements.
3364  */
3365 void
3366 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3367 {
3368         int pagebits;
3369
3370         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3371         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3372         m->valid |= pagebits;
3373         m->dirty &= ~pagebits;
3374         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3375                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3376                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3377         }
3378 }
3379
3380 /*
3381  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
3382  *
3383  * Page must be busied by caller.
3384  */
3385 void
3386 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
3387 {
3388         int pagebits;
3389
3390         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3391         m->valid |= pagebits;
3392         m->dirty |= pagebits;
3393         if (m->object)
3394                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3395 }
3396
3397 /*
3398  * Clear dirty bits.
3399  *
3400  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3401  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3402  *       and size.
3403  *
3404  * Page must be busied?
3405  * No other requirements.
3406  */
3407 void
3408 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3409 {
3410         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
3411         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3412                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3413                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3414         }
3415 }
3416
3417 /*
3418  * Make the page all-dirty.
3419  *
3420  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
3421  * object may now contain a dirty page.
3422  *
3423  * Page must be busied?
3424  * No other requirements.
3425  */
3426 void
3427 vm_page_dirty(vm_page_t m)
3428 {
3429 #ifdef INVARIANTS
3430         int pqtype = m->queue - m->pc;
3431 #endif
3432         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
3433                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
3434         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
3435                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
3436                 if (m->object)
3437                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3438         }
3439 }
3440
3441 /*
3442  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3443  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3444  *
3445  * Page must be busied?
3446  * Does not block.
3447  * No other requirements.
3448  */
3449 void
3450 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3451 {
3452         int bits;
3453
3454         bits = vm_page_bits(base, size);
3455         m->valid &= ~bits;
3456         m->dirty &= ~bits;
3457         atomic_add_int(&m->object->generation, 1);
3458 }
3459
3460 /*
3461  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3462  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3463  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3464  * page so user code sees what it expects.
3465  *
3466  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3467  * into memory and the file's size is not page aligned.
3468  *
3469  * Page must be busied?
3470  * No other requirements.
3471  */
3472 void
3473 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3474 {
3475         int b;
3476         int i;
3477
3478         /*
3479          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3480          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3481          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3482          * vm_page_set_validclean().
3483          */
3484         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3485                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3486                     (m->valid & (1 << i))
3487                 ) {
3488                         if (i > b) {
3489                                 pmap_zero_page_area(
3490                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3491                                     b << DEV_BSHIFT,
3492                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3493                                 );
3494                         }
3495                         b = i + 1;
3496                 }
3497         }
3498
3499         /*
3500          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3501          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3502          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3503          */
3504         if (setvalid)
3505                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3506 }
3507
3508 /*
3509  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3510  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3511  * invalid, and TRUE otherwise.
3512  *
3513  * Does not block.
3514  * No other requirements.
3515  */
3516 int
3517 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3518 {
3519         int bits = vm_page_bits(base, size);
3520
3521         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3522                 return 1;
3523         else
3524                 return 0;
3525 }
3526
3527 /*
3528  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3529  *
3530  * Caller must hold the page busy
3531  */
3532 void
3533 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3534 {
3535         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3536                 vm_page_dirty(m);
3537         }
3538 }
3539
3540 #include "opt_ddb.h"
3541 #ifdef DDB
3542 #include <ddb/ddb.h>
3543
3544 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3545 {
3546         db_printf("vmstats.v_free_count: %ld\n", vmstats.v_free_count);
3547         db_printf("vmstats.v_cache_count: %ld\n", vmstats.v_cache_count);
3548         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %ld\n", vmstats.v_inactive_count);
3549         db_printf("vmstats.v_active_count: %ld\n", vmstats.v_active_count);
3550         db_printf("vmstats.v_wire_count: %ld\n", vmstats.v_wire_count);
3551         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %ld\n", vmstats.v_free_reserved);
3552         db_printf("vmstats.v_free_min: %ld\n", vmstats.v_free_min);
3553         db_printf("vmstats.v_free_target: %ld\n", vmstats.v_free_target);
3554         db_printf("vmstats.v_cache_min: %ld\n", vmstats.v_cache_min);
3555         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %ld\n",
3556                   vmstats.v_inactive_target);
3557 }
3558
3559 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3560 {
3561         int i;
3562         db_printf("PQ_FREE:");
3563         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3564                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3565         }
3566         db_printf("\n");
3567                 
3568         db_printf("PQ_CACHE:");
3569         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3570                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3571         }
3572         db_printf("\n");
3573
3574         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3575         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3576                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3577         }
3578         db_printf("\n");
3579
3580         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3581         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3582                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3583         }
3584         db_printf("\n");
3585 }
3586 #endif /* DDB */