This is a major revamping of the pageout and low-memory handling code.
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      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  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.40 2008/08/25 17:01:42 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67 /*
68  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
69  * A VM page is the core building block for memory management.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void vm_page_queue_init(void);
93 static void vm_page_free_wakeup(void);
94 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
95 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
96
97 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
98
99 #define ASSERT_IN_CRIT_SECTION()        KKASSERT(crit_test(curthread));
100
101 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
102              vm_pindex_t, pindex);
103
104 static void
105 vm_page_queue_init(void) 
106 {
107         int i;
108
109         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
110                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
111         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
112                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
113
114         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
115         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
116         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         /* PQ_NONE has no queue */
118
119         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
120                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
121 }
122
123 /*
124  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
125  */
126 long first_page = 0;
127 int vm_page_array_size = 0;
128 int vm_page_zero_count = 0;
129 vm_page_t vm_page_array = 0;
130
131 /*
132  * (low level boot)
133  *
134  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
135  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
136  */
137 void
138 vm_set_page_size(void)
139 {
140         if (vmstats.v_page_size == 0)
141                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
142         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
143                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
144 }
145
146 /*
147  * (low level boot)
148  *
149  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
150  * are added to both the head and tail of the associated free page
151  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
152  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
153  *
154  * Must be called in a critical section.
155  */
156 vm_page_t
157 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
158 {
159         struct vpgqueues *vpq;
160         vm_page_t m;
161
162         ++vmstats.v_page_count;
163         ++vmstats.v_free_count;
164         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
165         m->phys_addr = pa;
166         m->flags = 0;
167         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
168         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
169         KKASSERT(m->dirty == 0);
170
171         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
172         if (vpq->flipflop)
173                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
174         else
175                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
176         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
177
178         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
179         return (m);
180 }
181
182 /*
183  * (low level boot)
184  *
185  * Initializes the resident memory module.
186  *
187  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
188  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
189  * free list.
190  *
191  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
192  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
193  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
194  * already in use by the kernel.
195  */
196 vm_offset_t
197 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
198 {
199         vm_offset_t mapped;
200         vm_size_t npages;
201         vm_paddr_t page_range;
202         vm_paddr_t new_end;
203         int i;
204         vm_paddr_t pa;
205         int nblocks;
206         vm_paddr_t last_pa;
207         vm_paddr_t end;
208         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
209         vm_paddr_t total;
210
211         total = 0;
212         biggestsize = 0;
213         biggestone = 0;
214         nblocks = 0;
215         vaddr = round_page(vaddr);
216
217         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
218                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
219                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
220         }
221
222         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
223                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
224
225                 if (size > biggestsize) {
226                         biggestone = i;
227                         biggestsize = size;
228                 }
229                 ++nblocks;
230                 total += size;
231         }
232
233         end = phys_avail[biggestone+1];
234         end = trunc_page(end);
235
236         /*
237          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
238          * and the inactive queue.
239          */
240
241         vm_page_queue_init();
242
243         /*
244          * Compute the number of pages of memory that will be available for
245          * use (taking into account the overhead of a page structure per
246          * page).
247          */
248         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
249         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
250         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
251
252         /*
253          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
254          * queue.
255          */
256         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
257         mapped = vaddr;
258
259         /*
260          * Validate these addresses.
261          */
262         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
263         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
264             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
265
266         /*
267          * Clear all of the page structures
268          */
269         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
270         vm_page_array_size = page_range;
271
272         /*
273          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
274          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
275          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
276          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
277          */
278         vmstats.v_page_count = 0;
279         vmstats.v_free_count = 0;
280         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
281                 pa = phys_avail[i];
282                 if (i == biggestone)
283                         last_pa = new_end;
284                 else
285                         last_pa = phys_avail[i + 1];
286                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
287                         vm_add_new_page(pa);
288                         pa += PAGE_SIZE;
289                 }
290         }
291         return (mapped);
292 }
293
294 /*
295  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
296  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
297  */
298 int
299 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
300 {
301         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
302
303         if (p->pindex < info->start_pindex)
304                 return(-1);
305         if (p->pindex > info->end_pindex)
306                 return(1);
307         return(0);
308 }
309
310 int
311 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
312 {
313         if (p1->pindex < p2->pindex)
314                 return(-1);
315         if (p1->pindex > p2->pindex)
316                 return(1);
317         return(0);
318 }
319
320 /*
321  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
322  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
323  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
324  *
325  * This routine must be called at splvm().
326  */
327 void
328 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
329 {
330         --mem->hold_count;
331         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
332         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD) {
333                 vm_page_busy(mem);
334                 vm_page_free_toq(mem);
335         }
336 }
337
338 /*
339  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
340  *
341  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
342  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
343  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
344  * here so we *can't* do this anyway.
345  *
346  * This routine may not block.
347  * This routine must be called with a critical section held.
348  */
349 void
350 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
351 {
352         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
353         if (m->object != NULL)
354                 panic("vm_page_insert: already inserted");
355
356         /*
357          * Record the object/offset pair in this page
358          */
359         m->object = object;
360         m->pindex = pindex;
361
362         /*
363          * Insert it into the object.
364          */
365         vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m);
366         object->generation++;
367
368         /*
369          * show that the object has one more resident page.
370          */
371         object->resident_page_count++;
372
373         /*
374          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
375          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
376          */
377         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
378                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
379 }
380
381 /*
382  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
383  * and from the object's memq.
384  *
385  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
386  * This routine may not block.
387  *
388  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.  No spl needs to be
389  * held on call to this routine.
390  *
391  * note: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
392  * it busy.
393  */
394 void
395 vm_page_remove(vm_page_t m)
396 {
397         vm_object_t object;
398
399         crit_enter();
400         if (m->object == NULL) {
401                 crit_exit();
402                 return;
403         }
404
405         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
406                 panic("vm_page_remove: page not busy");
407
408         object = m->object;
409
410         /*
411          * Remove the page from the object and update the object.
412          */
413         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
414         object->resident_page_count--;
415         object->generation++;
416         m->object = NULL;
417
418         crit_exit();
419 }
420
421 /*
422  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
423  * page could not be found.
424  *
425  * This routine will operate properly without spl protection, but
426  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
427  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
428  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
429  * the caller should generally call this routine with a critical
430  * section held.
431  *
432  * Callers may call this routine without spl protection if they know
433  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
434  * by an interrupt.
435  */
436 vm_page_t
437 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
438 {
439         vm_page_t m;
440
441         /*
442          * Search the hash table for this object/offset pair
443          */
444         crit_enter();
445         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
446         crit_exit();
447         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
448         return(m);
449 }
450
451 /*
452  * vm_page_rename()
453  *
454  * Move the given memory entry from its current object to the specified
455  * target object/offset.
456  *
457  * The object must be locked.
458  * This routine may not block.
459  *
460  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
461  *
462  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
463  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
464  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
465  *       moving the page from object A to B, and will then later move
466  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
467  *
468  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
469  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
470  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
471  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
472  *       on the cache.
473  */
474 void
475 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
476 {
477         crit_enter();
478         vm_page_remove(m);
479         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
480         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
481                 vm_page_deactivate(m);
482         vm_page_dirty(m);
483         vm_page_wakeup(m);
484         crit_exit();
485 }
486
487 /*
488  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
489  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
490  * caller.
491  *
492  * This routine must be called at splhigh().
493  * This routine may not block.
494  */
495 void
496 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
497 {
498         int queue = m->queue;
499         struct vpgqueues *pq;
500
501         if (queue != PQ_NONE) {
502                 pq = &vm_page_queues[queue];
503                 m->queue = PQ_NONE;
504                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
505                 (*pq->cnt)--;
506                 pq->lcnt--;
507         }
508 }
509
510 /*
511  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
512  * if necessary.
513  *
514  * This routine must be called at splhigh().
515  * This routine may not block.
516  */
517 void
518 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
519 {
520         int queue = m->queue;
521         struct vpgqueues *pq;
522
523         if (queue != PQ_NONE) {
524                 m->queue = PQ_NONE;
525                 pq = &vm_page_queues[queue];
526                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
527                 (*pq->cnt)--;
528                 pq->lcnt--;
529                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
530                         pagedaemon_wakeup();
531         }
532 }
533
534 /*
535  * vm_page_list_find()
536  *
537  * Find a page on the specified queue with color optimization.
538  *
539  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
540  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
541  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
542  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
543  *
544  * This routine must be called at splvm().
545  * This routine may not block.
546  *
547  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
548  * is available for outside callers but the only critical path is
549  * from within this source file.
550  */
551 static __inline
552 vm_page_t
553 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
554 {
555         vm_page_t m;
556
557         if (prefer_zero)
558                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
559         else
560                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
561         if (m == NULL)
562                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
563         return(m);
564 }
565
566 static vm_page_t
567 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
568 {
569         int i;
570         vm_page_t m = NULL;
571         struct vpgqueues *pq;
572
573         pq = &vm_page_queues[basequeue];
574
575         /*
576          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
577          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
578          * blown it by missing the cache case so we do not care.
579          */
580
581         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
582                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
583                         break;
584
585                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
586                         break;
587         }
588         return(m);
589 }
590
591 vm_page_t
592 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
593 {
594         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
595 }
596
597 /*
598  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
599  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
600  * keeps us from using potentially busy cached pages.
601  *
602  * This routine must be called with a critical section held.
603  * This routine may not block.
604  */
605 vm_page_t
606 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
607 {
608         vm_page_t m;
609
610         while (TRUE) {
611                 m = _vm_page_list_find(
612                     PQ_CACHE,
613                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
614                     FALSE
615                 );
616                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
617                                m->hold_count || m->wire_count)) {
618                         vm_page_deactivate(m);
619                         continue;
620                 }
621                 return m;
622         }
623         /* not reached */
624 }
625
626 /*
627  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
628  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
629  * otherwise.
630  *
631  * This routine must be called with a critical section held.
632  * This routine may not block.
633  */
634 static __inline vm_page_t
635 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
636 {
637         vm_page_t m;
638
639         m = _vm_page_list_find(
640                 PQ_FREE,
641                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
642                 prefer_zero
643         );
644         return(m);
645 }
646
647 /*
648  * vm_page_alloc()
649  *
650  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
651  * pair.
652  *
653  *      page_req classes:
654  *
655  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
656  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
657  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
658  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
659  *
660  * The object must be locked.
661  * This routine may not block.
662  * The returned page will be marked PG_BUSY
663  *
664  * Additional special handling is required when called from an interrupt
665  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
666  * in this case.
667  */
668 vm_page_t
669 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
670 {
671         vm_page_t m = NULL;
672
673         KKASSERT(object != NULL);
674         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
675                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
676         KKASSERT(page_req & 
677                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
678
679         /*
680          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
681          * allowed to eat deeper into the free page list.
682          */
683         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
684                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
685
686         crit_enter();
687 loop:
688         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
689             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
690             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
691                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
692         ) {
693                 /*
694                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
695                  */
696                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
697                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
698                 else
699                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
700         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
701                 /*
702                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
703                  * success, we must free the page and try again, thus
704                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
705                  */
706 #ifdef INVARIANTS
707                 if (curthread->td_preempted) {
708                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
709                                 " cache page from preempting interrupt\n");
710                         m = NULL;
711                 } else {
712                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
713                 }
714 #else
715                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
716 #endif
717                 /*
718                  * On success move the page into the free queue and loop.
719                  */
720                 if (m != NULL) {
721                         KASSERT(m->dirty == 0,
722                             ("Found dirty cache page %p", m));
723                         vm_page_busy(m);
724                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
725                         vm_page_free(m);
726                         goto loop;
727                 }
728
729                 /*
730                  * On failure return NULL
731                  */
732                 crit_exit();
733 #if defined(DIAGNOSTIC)
734                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
735                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
736 #endif
737                 vm_pageout_deficit++;
738                 pagedaemon_wakeup();
739                 return (NULL);
740         } else {
741                 /*
742                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
743                  */
744                 crit_exit();
745                 vm_pageout_deficit++;
746                 pagedaemon_wakeup();
747                 return (NULL);
748         }
749
750         /*
751          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
752          * a critical section.
753          */
754         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
755         KASSERT(m->dirty == 0, 
756                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
757
758         /*
759          * Remove from free queue
760          */
761         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
762
763         /*
764          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
765          * the page PG_BUSY
766          */
767         if (m->flags & PG_ZERO) {
768                 vm_page_zero_count--;
769                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
770         } else {
771                 m->flags = PG_BUSY;
772         }
773         m->wire_count = 0;
774         m->hold_count = 0;
775         m->act_count = 0;
776         m->busy = 0;
777         m->valid = 0;
778
779         /*
780          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
781          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
782          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
783          * anywhere.
784          */
785         vm_page_insert(m, object, pindex);
786
787         /*
788          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
789          * we would be nearly out of memory.
790          */
791         pagedaemon_wakeup();
792
793         crit_exit();
794
795         /*
796          * A PG_BUSY page is returned.
797          */
798         return (m);
799 }
800
801 /*
802  * Block until free pages are available for allocation, called in various
803  * places before memory allocations.
804  */
805 void
806 vm_wait(int timo)
807 {
808         crit_enter();
809         if (curthread == pagethread) {
810                 vm_pageout_pages_needed = 1;
811                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
812         } else {
813                 if (vm_pages_needed == 0) {
814                         vm_pages_needed = 1;
815                         wakeup(&vm_pages_needed);
816                 }
817                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
818         }
819         crit_exit();
820 }
821
822 /*
823  * Block until free pages are available for allocation
824  *
825  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
826  * easily tracked.
827  */
828 void
829 vm_waitpfault(void)
830 {
831         crit_enter();
832         if (vm_pages_needed == 0) {
833                 vm_pages_needed = 1;
834                 wakeup(&vm_pages_needed);
835         }
836         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
837         crit_exit();
838 }
839
840 /*
841  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
842  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
843  *
844  * The page queues must be locked.
845  * This routine may not block.
846  */
847 void
848 vm_page_activate(vm_page_t m)
849 {
850         crit_enter();
851         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
852                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
853                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
854
855                 vm_page_unqueue(m);
856
857                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
858                         m->queue = PQ_ACTIVE;
859                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
860                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
861                                             m, pageq);
862                         if (m->act_count < ACT_INIT)
863                                 m->act_count = ACT_INIT;
864                         vmstats.v_active_count++;
865                 }
866         } else {
867                 if (m->act_count < ACT_INIT)
868                         m->act_count = ACT_INIT;
869         }
870         crit_exit();
871 }
872
873 /*
874  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
875  * routine is called when a page has been added to the cache or free
876  * queues.
877  *
878  * This routine may not block.
879  * This routine must be called at splvm()
880  */
881 static __inline void
882 vm_page_free_wakeup(void)
883 {
884         /*
885          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
886          * some free.
887          */
888         if (vm_pageout_pages_needed &&
889             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
890             vmstats.v_pageout_free_min
891         ) {
892                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
893                 vm_pageout_pages_needed = 0;
894         }
895
896         /*
897          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
898          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
899          * lots of memory. this process will swapin processes.
900          */
901         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min(0)) {
902                 vm_pages_needed = 0;
903                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
904         }
905 }
906
907 /*
908  *      vm_page_free_toq:
909  *
910  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
911  *      any VM object.
912  *
913  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
914  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
915  *      on entry.
916  *
917  *      This routine may not block.
918  */
919 void
920 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
921 {
922         struct vpgqueues *pq;
923
924         crit_enter();
925         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
926
927         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
928
929         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
930                 kprintf(
931                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
932                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
933                     m->hold_count);
934                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
935                         panic("vm_page_free: freeing free page");
936                 else
937                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
938         }
939
940         /*
941          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
942          * the page here because we do not want to call the pager's
943          * callback routine until after we've put the page on the
944          * appropriate free queue.
945          */
946         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
947         vm_page_remove(m);
948
949         /*
950          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
951          * and queue removal.
952          */
953         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
954                 vm_page_wakeup(m);
955                 crit_exit();
956                 return;
957         }
958
959         m->valid = 0;
960         vm_page_undirty(m);
961
962         if (m->wire_count != 0) {
963                 if (m->wire_count > 1) {
964                     panic(
965                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
966                         m->wire_count, (long)m->pindex);
967                 }
968                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
969         }
970
971         /*
972          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
973          */
974         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
975             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
976         }
977
978         if (m->hold_count != 0) {
979                 m->flags &= ~PG_ZERO;
980                 m->queue = PQ_HOLD;
981         } else {
982                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
983         }
984         pq = &vm_page_queues[m->queue];
985         pq->lcnt++;
986         ++(*pq->cnt);
987
988         /*
989          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
990          * first ) and non-zerod pages at the head.
991          */
992         if (m->flags & PG_ZERO) {
993                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
994                 ++vm_page_zero_count;
995         } else {
996                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
997         }
998         vm_page_wakeup(m);
999         vm_page_free_wakeup();
1000         crit_exit();
1001 }
1002
1003 /*
1004  * vm_page_unmanage()
1005  *
1006  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1007  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1008  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1009  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1010  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1011  * operate on the page.
1012  *
1013  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1014  * will clear the flag.
1015  *
1016  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1017  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1018  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1019  * mappings.
1020  *
1021  * Must be called with a critical section held.
1022  */
1023 void
1024 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1025 {
1026         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1027         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1028                 if (m->wire_count == 0)
1029                         vm_page_unqueue(m);
1030         }
1031         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1036  * paging queues as necessary.
1037  *
1038  * The page queues must be locked.
1039  * This routine may not block.
1040  */
1041 void
1042 vm_page_wire(vm_page_t m)
1043 {
1044         /*
1045          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1046          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1047          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1048          * pages because they are always wired.
1049          */
1050         crit_enter();
1051         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1052                 if (m->wire_count == 0) {
1053                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1054                                 vm_page_unqueue(m);
1055                         vmstats.v_wire_count++;
1056                 }
1057                 m->wire_count++;
1058                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1059                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1060         }
1061         crit_exit();
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1066  *
1067  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1068  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1069  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1070  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1071  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1072  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1073  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1074  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1075  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1076  * reused more quickly.
1077  *
1078  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1079  * put clean pages on the cache queue.
1080  *
1081  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1082  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1083  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1084  * dirty pages in the cache are not allowed.
1085  *
1086  * The page queues must be locked.
1087  * This routine may not block.
1088  */
1089 void
1090 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1091 {
1092         crit_enter();
1093         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1094                 /* do nothing */
1095         } else if (m->wire_count <= 0) {
1096                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1097         } else {
1098                 if (--m->wire_count == 0) {
1099                         --vmstats.v_wire_count;
1100                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1101                                 ;
1102                         } else if (activate) {
1103                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1104                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1105                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1106                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1107                                 vmstats.v_active_count++;
1108                         } else {
1109                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1110                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1111                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1112                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1113                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1114                                 vmstats.v_inactive_count++;
1115                         }
1116                 }
1117         }
1118         crit_exit();
1119 }
1120
1121
1122 /*
1123  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1124  * any associated swap, the swap is deallocated.
1125  *
1126  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1127  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1128  * except without unmapping it from the process address space.
1129  *
1130  * This routine may not block.
1131  */
1132 static __inline void
1133 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1134 {
1135         /*
1136          * Ignore if already inactive.
1137          */
1138         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1139                 return;
1140
1141         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1142                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1143                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1144                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1145                 vm_page_unqueue(m);
1146                 if (athead)
1147                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1148                 else
1149                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1150                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1151                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1152                 vmstats.v_inactive_count++;
1153         }
1154 }
1155
1156 void
1157 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1158 {
1159     crit_enter();
1160     _vm_page_deactivate(m, 0);
1161     crit_exit();
1162 }
1163
1164 /*
1165  * vm_page_try_to_cache:
1166  *
1167  * Returns 0 on failure, 1 on success
1168  */
1169 int
1170 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1171 {
1172         crit_enter();
1173         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1174             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1175                 crit_exit();
1176                 return(0);
1177         }
1178         vm_page_test_dirty(m);
1179         if (m->dirty) {
1180                 crit_exit();
1181                 return(0);
1182         }
1183         vm_page_cache(m);
1184         crit_exit();
1185         return(1);
1186 }
1187
1188 /*
1189  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1190  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1191  */
1192 int
1193 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1194 {
1195         crit_enter();
1196         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1197             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1198                 crit_exit();
1199                 return(0);
1200         }
1201         vm_page_test_dirty(m);
1202         if (m->dirty) {
1203                 crit_exit();
1204                 return(0);
1205         }
1206         vm_page_busy(m);
1207         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1208         vm_page_free(m);
1209         crit_exit();
1210         return(1);
1211 }
1212
1213 /*
1214  * vm_page_cache
1215  *
1216  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1217  *
1218  * This routine may not block.
1219  */
1220 void
1221 vm_page_cache(vm_page_t m)
1222 {
1223         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1224
1225         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1226                         m->wire_count || m->hold_count) {
1227                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1228                 return;
1229         }
1230
1231         /*
1232          * Already in the cache (and thus not mapped)
1233          */
1234         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
1235                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1236                 return;
1237         }
1238
1239         /*
1240          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
1241          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
1242          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
1243          */
1244         if (m->dirty) {
1245                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1246                         (long)m->pindex);
1247         }
1248
1249         /*
1250          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1251          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
1252          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
1253          * everything.
1254          */
1255         vm_page_busy(m);
1256         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1257         vm_page_wakeup(m);
1258         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
1259                         m->wire_count || m->hold_count) {
1260                 /* do nothing */
1261         } else if (m->dirty) {
1262                 vm_page_deactivate(m);
1263         } else {
1264                 vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1265                 m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1266                 vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1267                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1268                 vmstats.v_cache_count++;
1269                 vm_page_free_wakeup();
1270         }
1271 }
1272
1273 /*
1274  * vm_page_dontneed()
1275  *
1276  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1277  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1278  *
1279  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1280  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1281  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1282  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1283  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1284  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1285  *
1286  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1287  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1288  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1289  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1290  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1291  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1292  * often.
1293  */
1294 void
1295 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1296 {
1297         static int dnweight;
1298         int dnw;
1299         int head;
1300
1301         dnw = ++dnweight;
1302
1303         /*
1304          * occassionally leave the page alone
1305          */
1306         crit_enter();
1307         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1308             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1309             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1310         ) {
1311                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1312                         --m->act_count;
1313                 crit_exit();
1314                 return;
1315         }
1316
1317         if (m->dirty == 0)
1318                 vm_page_test_dirty(m);
1319
1320         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1321                 /*
1322                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1323                  */
1324                 head = 0;
1325         } else {
1326                 /*
1327                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1328                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1329                  * at the head of the queue instead of the tail.
1330                  */
1331                 head = 1;
1332         }
1333         _vm_page_deactivate(m, head);
1334         crit_exit();
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1339  * A busy page is returned or NULL.
1340  *
1341  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1342  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1343  *
1344  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1345  * always returned if we had blocked.  
1346  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1347  * This routine may not be called from an interrupt.
1348  * The returned page may not be entirely valid.
1349  *
1350  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1351  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1352  * index.
1353  */
1354 vm_page_t
1355 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1356 {
1357         vm_page_t m;
1358         int generation;
1359
1360         KKASSERT(allocflags &
1361                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1362         crit_enter();
1363 retrylookup:
1364         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1365                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1366                         generation = object->generation;
1367
1368                         while ((object->generation == generation) &&
1369                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1370                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1371                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1372                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1373                                         m = NULL;
1374                                         goto done;
1375                                 }
1376                         }
1377                         goto retrylookup;
1378                 } else {
1379                         vm_page_busy(m);
1380                         goto done;
1381                 }
1382         }
1383         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1384         if (m == NULL) {
1385                 vm_wait(0);
1386                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1387                         goto done;
1388                 goto retrylookup;
1389         }
1390 done:
1391         crit_exit();
1392         return(m);
1393 }
1394
1395 /*
1396  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1397  * a page.  May not block.
1398  *
1399  * Inputs are required to range within a page.
1400  */
1401 __inline int
1402 vm_page_bits(int base, int size)
1403 {
1404         int first_bit;
1405         int last_bit;
1406
1407         KASSERT(
1408             base + size <= PAGE_SIZE,
1409             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1410         );
1411
1412         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1413                 return(0);
1414
1415         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1416         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1417
1418         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1419 }
1420
1421 /*
1422  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1423  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1424  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1425  * such chunks will be zero'd.
1426  *
1427  * This routine may not block.
1428  *
1429  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1430  */
1431 void
1432 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1433 {
1434         int pagebits;
1435         int frag;
1436         int endoff;
1437
1438         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1439                 return;
1440
1441         /*
1442          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1443          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1444          * first block.
1445          */
1446
1447         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1448             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1449         ) {
1450                 pmap_zero_page_area(
1451                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1452                     frag,
1453                     base - frag
1454                 );
1455         }
1456
1457         /*
1458          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1459          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1460          * the last block.
1461          */
1462
1463         endoff = base + size;
1464
1465         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1466             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1467         ) {
1468                 pmap_zero_page_area(
1469                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1470                     endoff,
1471                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1472                 );
1473         }
1474
1475         /*
1476          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1477          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1478          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1479          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1480          * be set again.
1481          *
1482          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1483          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1484          * the range.
1485          */
1486
1487         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1488         m->valid |= pagebits;
1489 #if 0   /* NOT YET */
1490         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1491                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1492                 base += frag;
1493                 size -= frag;
1494                 if (size < 0)
1495                     size = 0;
1496         }
1497         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1498 #endif
1499         m->dirty &= ~pagebits;
1500         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1501                 pmap_clear_modify(m);
1502                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1503         }
1504 }
1505
1506 void
1507 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1508 {
1509         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1510 }
1511
1512 /*
1513  * Make the page all-dirty.
1514  *
1515  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
1516  * object may now contain a dirty page.
1517  */
1518 void
1519 vm_page_dirty(vm_page_t m)
1520 {
1521 #ifdef INVARIANTS
1522         int pqtype = m->queue - m->pc;
1523 #endif
1524         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
1525                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
1526         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
1527                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1528                 if (m->object)
1529                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1530         }
1531 }
1532
1533 /*
1534  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1535  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1536  *
1537  * May not block.
1538  */
1539 void
1540 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1541 {
1542         int bits;
1543
1544         bits = vm_page_bits(base, size);
1545         m->valid &= ~bits;
1546         m->dirty &= ~bits;
1547         m->object->generation++;
1548 }
1549
1550 /*
1551  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1552  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1553  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1554  * page so user code sees what it expects.
1555  *
1556  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1557  * into memory and the file's size is not page aligned.
1558  */
1559 void
1560 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1561 {
1562         int b;
1563         int i;
1564
1565         /*
1566          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1567          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1568          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1569          * vm_page_set_validclean().
1570          */
1571         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1572                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1573                     (m->valid & (1 << i))
1574                 ) {
1575                         if (i > b) {
1576                                 pmap_zero_page_area(
1577                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1578                                     b << DEV_BSHIFT,
1579                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1580                                 );
1581                         }
1582                         b = i + 1;
1583                 }
1584         }
1585
1586         /*
1587          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1588          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1589          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1590          */
1591         if (setvalid)
1592                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1593 }
1594
1595 /*
1596  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1597  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1598  * invalid, and TRUE otherwise.
1599  *
1600  * May not block.
1601  */
1602 int
1603 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1604 {
1605         int bits = vm_page_bits(base, size);
1606
1607         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1608                 return 1;
1609         else
1610                 return 0;
1611 }
1612
1613 /*
1614  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1615  */
1616 void
1617 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1618 {
1619         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1620                 vm_page_dirty(m);
1621         }
1622 }
1623
1624 /*
1625  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
1626  * removed from the page's list and called.
1627  */
1628 void
1629 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
1630 {
1631         struct vm_page_action *scan, *next;
1632
1633         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, &m->action_list, entry, next) {
1634                 if (scan->event == event) {
1635                         scan->event = VMEVENT_NONE;
1636                         LIST_REMOVE(scan, entry);
1637                         scan->func(m, scan);
1638                 }
1639         }
1640 }
1641
1642 #include "opt_ddb.h"
1643 #ifdef DDB
1644 #include <sys/kernel.h>
1645
1646 #include <ddb/ddb.h>
1647
1648 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1649 {
1650         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1651         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1652         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1653         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1654         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1655         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1656         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1657         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1658         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1659         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1660 }
1661
1662 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1663 {
1664         int i;
1665         db_printf("PQ_FREE:");
1666         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1667                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1668         }
1669         db_printf("\n");
1670                 
1671         db_printf("PQ_CACHE:");
1672         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1673                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1674         }
1675         db_printf("\n");
1676
1677         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1678                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1679                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1680 }
1681 #endif /* DDB */