Merge from vendor branch AWK:
[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 1.32 2005/07/27 07:55:15 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 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
98 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
99 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
100 static volatile int vm_page_bucket_generation;
101 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
102
103 #define ASSERT_IN_CRIT_SECTION()        KKASSERT(crit_test(curthread));
104
105 static void
106 vm_page_queue_init(void) 
107 {
108         int i;
109
110         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
111                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
112         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
113                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
114
115         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
116         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
118         /* PQ_NONE has no queue */
119
120         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
121                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
122 }
123
124 /*
125  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
126  */
127 long first_page = 0;
128 int vm_page_array_size = 0;
129 int vm_page_zero_count = 0;
130 vm_page_t vm_page_array = 0;
131
132 /*
133  * (low level boot)
134  *
135  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
136  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
137  */
138 void
139 vm_set_page_size(void)
140 {
141         if (vmstats.v_page_size == 0)
142                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
143         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
144                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
145 }
146
147 /*
148  * (low level boot)
149  *
150  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
151  * are added to both the head and tail of the associated free page
152  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
153  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
154  *
155  * Must be called in a critical section.
156  */
157 vm_page_t
158 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
159 {
160         struct vpgqueues *vpq;
161         vm_page_t m;
162
163         ++vmstats.v_page_count;
164         ++vmstats.v_free_count;
165         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
166         m->phys_addr = pa;
167         m->flags = 0;
168         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
169         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
170         KKASSERT(m->dirty == 0);
171
172         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
173         if (vpq->flipflop)
174                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
175         else
176                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
177         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
178
179         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
180         return (m);
181 }
182
183 /*
184  * (low level boot)
185  *
186  * Initializes the resident memory module.
187  *
188  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
189  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
190  * free list.
191  *
192  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
193  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
194  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
195  * already in use by the kernel.
196  */
197 vm_offset_t
198 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
199 {
200         vm_offset_t mapped;
201         struct vm_page **bucket;
202         vm_size_t npages;
203         vm_paddr_t page_range;
204         vm_paddr_t new_end;
205         int i;
206         vm_paddr_t pa;
207         int nblocks;
208         vm_paddr_t last_pa;
209         vm_paddr_t end;
210         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
211
212         vm_paddr_t total;
213
214         total = 0;
215         biggestsize = 0;
216         biggestone = 0;
217         nblocks = 0;
218         vaddr = round_page(vaddr);
219
220         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
221                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
222                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
223         }
224
225         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
226                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
227
228                 if (size > biggestsize) {
229                         biggestone = i;
230                         biggestsize = size;
231                 }
232                 ++nblocks;
233                 total += size;
234         }
235
236         end = phys_avail[biggestone+1];
237
238         /*
239          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
240          * and the inactive queue.
241          */
242
243         vm_page_queue_init();
244
245         /*
246          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
247          *
248          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
249          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
250          * the system.  
251          *
252          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
253          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
254          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
255          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
256          *
257          * Note: This computation can be tweaked if desired.
258          */
259         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
260         bucket = vm_page_buckets;
261         if (vm_page_bucket_count == 0) {
262                 vm_page_bucket_count = 1;
263                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
264                         vm_page_bucket_count <<= 1;
265         }
266         vm_page_bucket_count <<= 1;
267         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
268
269         /*
270          * Cut a chunk out of the largest block of physical memory,
271          * moving its end point down to accomodate the hash table and
272          * vm_page_array.
273          */
274         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
275         new_end = trunc_page(new_end);
276         mapped = round_page(vaddr);
277         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
278             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
279         vaddr = round_page(vaddr);
280         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
281
282         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
283                 *bucket = NULL;
284                 bucket++;
285         }
286
287         /*
288          * Compute the number of pages of memory that will be available for
289          * use (taking into account the overhead of a page structure per
290          * page).
291          */
292         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
293         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
294         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
295             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
296
297         end = new_end;
298
299         /*
300          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
301          * queue.
302          */
303         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
304         mapped = vaddr;
305
306         /*
307          * Validate these addresses.
308          */
309         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
310         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
311             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
312
313         /*
314          * Clear all of the page structures
315          */
316         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
317         vm_page_array_size = page_range;
318
319         /*
320          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
321          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
322          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
323          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
324          */
325         vmstats.v_page_count = 0;
326         vmstats.v_free_count = 0;
327         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
328                 pa = phys_avail[i];
329                 if (i == biggestone)
330                         last_pa = new_end;
331                 else
332                         last_pa = phys_avail[i + 1];
333                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
334                         vm_add_new_page(pa);
335                         pa += PAGE_SIZE;
336                 }
337         }
338         return (mapped);
339 }
340
341 /*
342  * Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
343  *
344  * NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
345  * This routine may not block.
346  *
347  * We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
348  * out in the hash table without it costing us too much.
349  */
350 static __inline int
351 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
352 {
353         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
354
355         return(i & vm_page_hash_mask);
356 }
357
358 /*
359  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
360  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
361  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
362  *
363  * This routine must be called at splvm().
364  */
365 void
366 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
367 {
368         --mem->hold_count;
369         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
370         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD) {
371                 vm_page_busy(mem);
372                 vm_page_free_toq(mem);
373         }
374 }
375
376 /*
377  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
378  *
379  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
380  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
381  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
382  * here so we *can't* do this anyway.
383  *
384  * This routine may not block.
385  * This routine must be called with a critical section held.
386  */
387 void
388 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
389 {
390         struct vm_page **bucket;
391
392         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
393         if (m->object != NULL)
394                 panic("vm_page_insert: already inserted");
395
396         /*
397          * Record the object/offset pair in this page
398          */
399         m->object = object;
400         m->pindex = pindex;
401
402         /*
403          * Insert it into the object_object/offset hash table
404          */
405         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
406         m->hnext = *bucket;
407         *bucket = m;
408         vm_page_bucket_generation++;
409
410         /*
411          * Now link into the object's list of backed pages.
412          */
413         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
414         object->generation++;
415
416         /*
417          * show that the object has one more resident page.
418          */
419         object->resident_page_count++;
420
421         /*
422          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
423          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
424          */
425         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
426                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
427 }
428
429 /*
430  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
431  * and from the object's memq.
432  *
433  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
434  * This routine may not block.
435  *
436  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.  No spl needs to be
437  * held on call to this routine.
438  *
439  * note: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
440  * it busy.
441  */
442 void
443 vm_page_remove(vm_page_t m)
444 {
445         vm_object_t object;
446         struct vm_page **bucket;
447
448         crit_enter();
449         if (m->object == NULL) {
450                 crit_exit();
451                 return;
452         }
453
454         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
455                 panic("vm_page_remove: page not busy");
456
457         object = m->object;
458
459         /*
460          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
461          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
462          *
463          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
464          * buffers with vm_page_lookup().
465          */
466         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
467         while (*bucket != m) {
468                 if (*bucket == NULL)
469                     panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
470                 bucket = &(*bucket)->hnext;
471         }
472         *bucket = m->hnext;
473         m->hnext = NULL;
474         vm_page_bucket_generation++;
475
476         /*
477          * Now remove from the object's list of backed pages.
478          */
479         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
480
481         /*
482          * And show that the object has one fewer resident page.
483          */
484         object->resident_page_count--;
485         object->generation++;
486
487         m->object = NULL;
488         crit_exit();
489 }
490
491 /*
492  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
493  * page could not be found.
494  *
495  * This routine will operate properly without spl protection, but
496  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
497  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
498  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
499  * the caller should generally call this routine with a critical
500  * section held.
501  *
502  * Callers may call this routine without spl protection if they know
503  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
504  * by an interrupt.
505  */
506 vm_page_t
507 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
508 {
509         vm_page_t m;
510         struct vm_page **bucket;
511         int generation;
512
513         /*
514          * Search the hash table for this object/offset pair
515          */
516 retry:
517         generation = vm_page_bucket_generation;
518         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
519         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
520                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
521                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
522                                 goto retry;
523                         return (m);
524                 }
525         }
526         if (vm_page_bucket_generation != generation)
527                 goto retry;
528         return (NULL);
529 }
530
531 /*
532  * vm_page_rename()
533  *
534  * Move the given memory entry from its current object to the specified
535  * target object/offset.
536  *
537  * The object must be locked.
538  * This routine may not block.
539  *
540  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
541  *
542  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
543  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
544  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
545  *       moving the page from object A to B, and will then later move
546  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
547  *
548  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
549  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
550  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
551  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
552  *       on the cache.
553  */
554 void
555 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
556 {
557         crit_enter();
558         vm_page_remove(m);
559         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
560         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
561                 vm_page_deactivate(m);
562         vm_page_dirty(m);
563         vm_page_wakeup(m);
564         crit_exit();
565 }
566
567 /*
568  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
569  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
570  * caller.
571  *
572  * This routine must be called at splhigh().
573  * This routine may not block.
574  */
575 void
576 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
577 {
578         int queue = m->queue;
579         struct vpgqueues *pq;
580
581         if (queue != PQ_NONE) {
582                 pq = &vm_page_queues[queue];
583                 m->queue = PQ_NONE;
584                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
585                 (*pq->cnt)--;
586                 pq->lcnt--;
587         }
588 }
589
590 /*
591  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
592  * if necessary.
593  *
594  * This routine must be called at splhigh().
595  * This routine may not block.
596  */
597 void
598 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
599 {
600         int queue = m->queue;
601         struct vpgqueues *pq;
602
603         if (queue != PQ_NONE) {
604                 m->queue = PQ_NONE;
605                 pq = &vm_page_queues[queue];
606                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
607                 (*pq->cnt)--;
608                 pq->lcnt--;
609                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
610                         if (vm_paging_needed())
611                                 pagedaemon_wakeup();
612                 }
613         }
614 }
615
616 /*
617  * vm_page_list_find()
618  *
619  * Find a page on the specified queue with color optimization.
620  *
621  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
622  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
623  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
624  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
625  *
626  * This routine must be called at splvm().
627  * This routine may not block.
628  *
629  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
630  * is available for outside callers but the only critical path is
631  * from within this source file.
632  */
633 static __inline
634 vm_page_t
635 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
636 {
637         vm_page_t m;
638
639         if (prefer_zero)
640                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
641         else
642                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
643         if (m == NULL)
644                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
645         return(m);
646 }
647
648 static vm_page_t
649 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
650 {
651         int i;
652         vm_page_t m = NULL;
653         struct vpgqueues *pq;
654
655         pq = &vm_page_queues[basequeue];
656
657         /*
658          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
659          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
660          * blown it by missing the cache case so we do not care.
661          */
662
663         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
664                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
665                         break;
666
667                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
668                         break;
669         }
670         return(m);
671 }
672
673 vm_page_t
674 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
675 {
676         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
677 }
678
679 /*
680  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
681  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
682  * keeps us from using potentially busy cached pages.
683  *
684  * This routine must be called with a critical section held.
685  * This routine may not block.
686  */
687 vm_page_t
688 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
689 {
690         vm_page_t m;
691
692         while (TRUE) {
693                 m = _vm_page_list_find(
694                     PQ_CACHE,
695                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
696                     FALSE
697                 );
698                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
699                                m->hold_count || m->wire_count)) {
700                         vm_page_deactivate(m);
701                         continue;
702                 }
703                 return m;
704         }
705         /* not reached */
706 }
707
708 /*
709  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
710  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
711  * otherwise.
712  *
713  * This routine must be called with a critical section held.
714  * This routine may not block.
715  */
716 static __inline vm_page_t
717 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
718 {
719         vm_page_t m;
720
721         m = _vm_page_list_find(
722                 PQ_FREE,
723                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
724                 prefer_zero
725         );
726         return(m);
727 }
728
729 /*
730  * vm_page_alloc()
731  *
732  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
733  * pair.
734  *
735  *      page_req classes:
736  *
737  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
738  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
739  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
740  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
741  *
742  * The object must be locked.
743  * This routine may not block.
744  * The returned page will be marked PG_BUSY
745  *
746  * Additional special handling is required when called from an interrupt
747  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
748  * in this case.
749  */
750 vm_page_t
751 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
752 {
753         vm_page_t m = NULL;
754
755         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
756                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
757         KKASSERT(page_req & 
758                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
759
760         /*
761          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
762          */
763         if (curthread == pagethread)
764                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
765
766         crit_enter();
767 loop:
768         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
769             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
770             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
771                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
772         ) {
773                 /*
774                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
775                  */
776                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
777                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
778                 else
779                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
780         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
781                 /*
782                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
783                  * success, we must free the page and try again, thus
784                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
785                  */
786 #ifdef INVARIANTS
787                 if (curthread->td_preempted) {
788                         printf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
789                                 " cache page from preempting interrupt\n");
790                         m = NULL;
791                 } else {
792                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
793                 }
794 #else
795                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
796 #endif
797                 /*
798                  * On success move the page into the free queue and loop.
799                  */
800                 if (m != NULL) {
801                         KASSERT(m->dirty == 0,
802                             ("Found dirty cache page %p", m));
803                         vm_page_busy(m);
804                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
805                         vm_page_free(m);
806                         goto loop;
807                 }
808
809                 /*
810                  * On failure return NULL
811                  */
812                 crit_exit();
813 #if defined(DIAGNOSTIC)
814                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
815                         printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
816 #endif
817                 vm_pageout_deficit++;
818                 pagedaemon_wakeup();
819                 return (NULL);
820         } else {
821                 /*
822                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
823                  */
824                 crit_exit();
825                 vm_pageout_deficit++;
826                 pagedaemon_wakeup();
827                 return (NULL);
828         }
829
830         /*
831          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
832          * a critical section.
833          */
834         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
835         KASSERT(m->dirty == 0, 
836                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
837
838         /*
839          * Remove from free queue
840          */
841         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
842
843         /*
844          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
845          * the page PG_BUSY
846          */
847         if (m->flags & PG_ZERO) {
848                 vm_page_zero_count--;
849                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
850         } else {
851                 m->flags = PG_BUSY;
852         }
853         m->wire_count = 0;
854         m->hold_count = 0;
855         m->act_count = 0;
856         m->busy = 0;
857         m->valid = 0;
858
859         /*
860          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
861          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
862          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
863          * anywhere.
864          */
865         vm_page_insert(m, object, pindex);
866
867         /*
868          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
869          * we would be nearly out of memory.
870          */
871         if (vm_paging_needed())
872                 pagedaemon_wakeup();
873
874         crit_exit();
875
876         /*
877          * A PG_BUSY page is returned.
878          */
879         return (m);
880 }
881
882 /*
883  * Block until free pages are available for allocation, called in various
884  * places before memory allocations.
885  */
886 void
887 vm_wait(void)
888 {
889         crit_enter();
890         if (curthread == pagethread) {
891                 vm_pageout_pages_needed = 1;
892                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
893         } else {
894                 if (!vm_pages_needed) {
895                         vm_pages_needed = 1;
896                         wakeup(&vm_pages_needed);
897                 }
898                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
899         }
900         crit_exit();
901 }
902
903 /*
904  * Block until free pages are available for allocation
905  *
906  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
907  * easily tracked.
908  *
909  * Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
910  * processes will be able to grab memory first.  Do not change
911  * this balance without careful testing first.
912  */
913 void
914 vm_waitpfault(void)
915 {
916         crit_enter();
917         if (!vm_pages_needed) {
918                 vm_pages_needed = 1;
919                 wakeup(&vm_pages_needed);
920         }
921         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
922         crit_exit();
923 }
924
925 /*
926  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
927  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
928  *
929  * The page queues must be locked.
930  * This routine may not block.
931  */
932 void
933 vm_page_activate(vm_page_t m)
934 {
935         crit_enter();
936         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
937                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
938                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
939
940                 vm_page_unqueue(m);
941
942                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
943                         m->queue = PQ_ACTIVE;
944                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
945                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
946                                             m, pageq);
947                         if (m->act_count < ACT_INIT)
948                                 m->act_count = ACT_INIT;
949                         vmstats.v_active_count++;
950                 }
951         } else {
952                 if (m->act_count < ACT_INIT)
953                         m->act_count = ACT_INIT;
954         }
955         crit_exit();
956 }
957
958 /*
959  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
960  * routine is called when a page has been added to the cache or free
961  * queues.
962  *
963  * This routine may not block.
964  * This routine must be called at splvm()
965  */
966 static __inline void
967 vm_page_free_wakeup(void)
968 {
969         /*
970          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
971          * some free.
972          */
973         if (vm_pageout_pages_needed &&
974             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
975             vmstats.v_pageout_free_min
976         ) {
977                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
978                 vm_pageout_pages_needed = 0;
979         }
980
981         /*
982          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
983          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
984          * lots of memory. this process will swapin processes.
985          */
986         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
987                 vm_pages_needed = 0;
988                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
989         }
990 }
991
992 /*
993  *      vm_page_free_toq:
994  *
995  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
996  *      any VM object.
997  *
998  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
999  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
1000  *      on entry.
1001  *
1002  *      This routine may not block.
1003  */
1004 void
1005 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1006 {
1007         struct vpgqueues *pq;
1008
1009         crit_enter();
1010         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1011
1012         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1013                 printf(
1014                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1015                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1016                     m->hold_count);
1017                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1018                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1019                 else
1020                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1021         }
1022
1023         /*
1024          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1025          * the page here because we do not want to call the pager's
1026          * callback routine until after we've put the page on the
1027          * appropriate free queue.
1028          */
1029         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1030         vm_page_remove(m);
1031
1032         /*
1033          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1034          * and queue removal.
1035          */
1036         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1037                 vm_page_wakeup(m);
1038                 crit_exit();
1039                 return;
1040         }
1041
1042         m->valid = 0;
1043         vm_page_undirty(m);
1044
1045         if (m->wire_count != 0) {
1046                 if (m->wire_count > 1) {
1047                     panic(
1048                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1049                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1050                 }
1051                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1052         }
1053
1054         /*
1055          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1056          */
1057         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1058             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1059         }
1060
1061         if (m->hold_count != 0) {
1062                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1063                 m->queue = PQ_HOLD;
1064         } else {
1065                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1066         }
1067         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1068         pq->lcnt++;
1069         ++(*pq->cnt);
1070
1071         /*
1072          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1073          * first ) and non-zerod pages at the head.
1074          */
1075         if (m->flags & PG_ZERO) {
1076                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1077                 ++vm_page_zero_count;
1078         } else {
1079                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1080         }
1081         vm_page_wakeup(m);
1082         vm_page_free_wakeup();
1083         crit_exit();
1084 }
1085
1086 /*
1087  * vm_page_unmanage()
1088  *
1089  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1090  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1091  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1092  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1093  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1094  * operate on the page.
1095  *
1096  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1097  * will clear the flag.
1098  *
1099  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1100  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1101  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1102  * mappings.
1103  *
1104  * Must be called with a critical section held.
1105  */
1106 void
1107 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1108 {
1109         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1110         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1111                 if (m->wire_count == 0)
1112                         vm_page_unqueue(m);
1113         }
1114         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1115 }
1116
1117 /*
1118  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1119  * paging queues as necessary.
1120  *
1121  * The page queues must be locked.
1122  * This routine may not block.
1123  */
1124 void
1125 vm_page_wire(vm_page_t m)
1126 {
1127         /*
1128          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1129          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1130          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1131          * pages because they are always wired.
1132          */
1133         crit_enter();
1134         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1135                 if (m->wire_count == 0) {
1136                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1137                                 vm_page_unqueue(m);
1138                         vmstats.v_wire_count++;
1139                 }
1140                 m->wire_count++;
1141                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1142                     ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1143         }
1144         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1145         crit_exit();
1146 }
1147
1148 /*
1149  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1150  *
1151  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1152  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1153  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1154  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1155  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1156  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1157  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1158  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1159  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1160  * reused more quickly.
1161  *
1162  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1163  * put clean pages on the cache queue.
1164  *
1165  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1166  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1167  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1168  * dirty pages in the cache are not allowed.
1169  *
1170  * The page queues must be locked.
1171  * This routine may not block.
1172  */
1173 void
1174 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1175 {
1176         crit_enter();
1177         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1178                 /* do nothing */
1179         } else if (m->wire_count <= 0) {
1180                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1181         } else {
1182                 if (--m->wire_count == 0) {
1183                         --vmstats.v_wire_count;
1184                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1185                                 ;
1186                         } else if (activate) {
1187                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1188                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1189                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1190                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1191                                 vmstats.v_active_count++;
1192                         } else {
1193                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1194                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1195                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1196                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1197                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1198                                 vmstats.v_inactive_count++;
1199                         }
1200                 }
1201         }
1202         crit_exit();
1203 }
1204
1205
1206 /*
1207  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1208  * any associated swap, the swap is deallocated.
1209  *
1210  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1211  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1212  * except without unmapping it from the process address space.
1213  *
1214  * This routine may not block.
1215  */
1216 static __inline void
1217 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1218 {
1219         /*
1220          * Ignore if already inactive.
1221          */
1222         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1223                 return;
1224
1225         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1226                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1227                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1228                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1229                 vm_page_unqueue(m);
1230                 if (athead)
1231                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1232                 else
1233                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1234                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1235                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1236                 vmstats.v_inactive_count++;
1237         }
1238 }
1239
1240 void
1241 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1242 {
1243     crit_enter();
1244     _vm_page_deactivate(m, 0);
1245     crit_exit();
1246 }
1247
1248 /*
1249  * vm_page_try_to_cache:
1250  *
1251  * Returns 0 on failure, 1 on success
1252  */
1253 int
1254 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1255 {
1256         crit_enter();
1257         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1258             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1259                 crit_exit();
1260                 return(0);
1261         }
1262         vm_page_test_dirty(m);
1263         if (m->dirty) {
1264                 crit_exit();
1265                 return(0);
1266         }
1267         vm_page_cache(m);
1268         crit_exit();
1269         return(1);
1270 }
1271
1272 /*
1273  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1274  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1275  */
1276 int
1277 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1278 {
1279         crit_enter();
1280         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1281             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1282                 crit_exit();
1283                 return(0);
1284         }
1285         vm_page_test_dirty(m);
1286         if (m->dirty) {
1287                 crit_exit();
1288                 return(0);
1289         }
1290         vm_page_busy(m);
1291         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1292         vm_page_free(m);
1293         crit_exit();
1294         return(1);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * vm_page_cache
1299  *
1300  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1301  *
1302  * This routine may not block.
1303  */
1304 void
1305 vm_page_cache(vm_page_t m)
1306 {
1307         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1308
1309         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1310                         m->wire_count || m->hold_count) {
1311                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1312                 return;
1313         }
1314         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1315                 return;
1316
1317         /*
1318          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1319          * writeable or mapped.
1320          */
1321
1322         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1323         if (m->dirty != 0) {
1324                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1325                         (long)m->pindex);
1326         }
1327         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1328         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1329         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1330         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1331         vmstats.v_cache_count++;
1332         vm_page_free_wakeup();
1333 }
1334
1335 /*
1336  * vm_page_dontneed()
1337  *
1338  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1339  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1340  *
1341  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1342  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1343  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1344  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1345  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1346  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1347  *
1348  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1349  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1350  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1351  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1352  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1353  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1354  * often.
1355  */
1356 void
1357 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1358 {
1359         static int dnweight;
1360         int dnw;
1361         int head;
1362
1363         dnw = ++dnweight;
1364
1365         /*
1366          * occassionally leave the page alone
1367          */
1368         crit_enter();
1369         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1370             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1371             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1372         ) {
1373                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1374                         --m->act_count;
1375                 crit_exit();
1376                 return;
1377         }
1378
1379         if (m->dirty == 0)
1380                 vm_page_test_dirty(m);
1381
1382         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1383                 /*
1384                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1385                  */
1386                 head = 0;
1387         } else {
1388                 /*
1389                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1390                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1391                  * at the head of the queue instead of the tail.
1392                  */
1393                 head = 1;
1394         }
1395         _vm_page_deactivate(m, head);
1396         crit_exit();
1397 }
1398
1399 /*
1400  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1401  * A busy page is returned or NULL.
1402  *
1403  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1404  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1405  *
1406  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1407  * always returned if we had blocked.  
1408  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1409  * This routine may not be called from an interrupt.
1410  * The returned page may not be entirely valid.
1411  *
1412  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1413  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1414  * index.
1415  */
1416 vm_page_t
1417 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1418 {
1419         vm_page_t m;
1420         int generation;
1421
1422         KKASSERT(allocflags &
1423                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1424         crit_enter();
1425 retrylookup:
1426         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1427                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1428                         generation = object->generation;
1429
1430                         while ((object->generation == generation) &&
1431                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1432                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1433                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1434                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1435                                         m = NULL;
1436                                         goto done;
1437                                 }
1438                         }
1439                         goto retrylookup;
1440                 } else {
1441                         vm_page_busy(m);
1442                         goto done;
1443                 }
1444         }
1445         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1446         if (m == NULL) {
1447                 vm_wait();
1448                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1449                         goto done;
1450                 goto retrylookup;
1451         }
1452 done:
1453         crit_exit();
1454         return(m);
1455 }
1456
1457 /*
1458  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1459  * a page.  May not block.
1460  *
1461  * Inputs are required to range within a page.
1462  */
1463 __inline int
1464 vm_page_bits(int base, int size)
1465 {
1466         int first_bit;
1467         int last_bit;
1468
1469         KASSERT(
1470             base + size <= PAGE_SIZE,
1471             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1472         );
1473
1474         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1475                 return(0);
1476
1477         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1478         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1479
1480         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1481 }
1482
1483 /*
1484  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1485  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1486  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1487  * such chunks will be zero'd.
1488  *
1489  * This routine may not block.
1490  *
1491  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1492  */
1493 void
1494 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1495 {
1496         int pagebits;
1497         int frag;
1498         int endoff;
1499
1500         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1501                 return;
1502
1503         /*
1504          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1505          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1506          * first block.
1507          */
1508
1509         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1510             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1511         ) {
1512                 pmap_zero_page_area(
1513                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1514                     frag,
1515                     base - frag
1516                 );
1517         }
1518
1519         /*
1520          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1521          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1522          * the last block.
1523          */
1524
1525         endoff = base + size;
1526
1527         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1528             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1529         ) {
1530                 pmap_zero_page_area(
1531                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1532                     endoff,
1533                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1534                 );
1535         }
1536
1537         /*
1538          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1539          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1540          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1541          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1542          * be set again.
1543          *
1544          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1545          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1546          * the range.
1547          */
1548
1549         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1550         m->valid |= pagebits;
1551 #if 0   /* NOT YET */
1552         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1553                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1554                 base += frag;
1555                 size -= frag;
1556                 if (size < 0)
1557                     size = 0;
1558         }
1559         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1560 #endif
1561         m->dirty &= ~pagebits;
1562         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1563                 pmap_clear_modify(m);
1564                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1565         }
1566 }
1567
1568 void
1569 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1570 {
1571         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1576  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1577  *
1578  * May not block.
1579  */
1580 void
1581 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1582 {
1583         int bits;
1584
1585         bits = vm_page_bits(base, size);
1586         m->valid &= ~bits;
1587         m->dirty &= ~bits;
1588         m->object->generation++;
1589 }
1590
1591 /*
1592  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1593  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1594  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1595  * page so user code sees what it expects.
1596  *
1597  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1598  * into memory and the file's size is not page aligned.
1599  */
1600 void
1601 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1602 {
1603         int b;
1604         int i;
1605
1606         /*
1607          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1608          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1609          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1610          * vm_page_set_validclean().
1611          */
1612         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1613                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1614                     (m->valid & (1 << i))
1615                 ) {
1616                         if (i > b) {
1617                                 pmap_zero_page_area(
1618                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1619                                     b << DEV_BSHIFT,
1620                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1621                                 );
1622                         }
1623                         b = i + 1;
1624                 }
1625         }
1626
1627         /*
1628          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1629          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1630          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1631          */
1632         if (setvalid)
1633                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1634 }
1635
1636 /*
1637  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1638  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1639  * invalid, and TRUE otherwise.
1640  *
1641  * May not block.
1642  */
1643 int
1644 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1645 {
1646         int bits = vm_page_bits(base, size);
1647
1648         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1649                 return 1;
1650         else
1651                 return 0;
1652 }
1653
1654 /*
1655  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1656  */
1657 void
1658 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1659 {
1660         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1661                 vm_page_dirty(m);
1662         }
1663 }
1664
1665 #include "opt_ddb.h"
1666 #ifdef DDB
1667 #include <sys/kernel.h>
1668
1669 #include <ddb/ddb.h>
1670
1671 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1672 {
1673         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1674         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1675         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1676         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1677         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1678         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1679         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1680         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1681         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1682         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1683 }
1684
1685 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1686 {
1687         int i;
1688         db_printf("PQ_FREE:");
1689         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1690                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1691         }
1692         db_printf("\n");
1693                 
1694         db_printf("PQ_CACHE:");
1695         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1696                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1697         }
1698         db_printf("\n");
1699
1700         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1701                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1702                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1703 }
1704 #endif /* DDB */