af55397ebf45a973e2b351a635868f5fd0c49829
[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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
33  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
34  */
35
36 /*
37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
38  * All rights reserved.
39  *
40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  */
62 /*
63  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
64  * A VM page is the core building block for memory management.
65  */
66
67 #include <sys/param.h>
68 #include <sys/systm.h>
69 #include <sys/malloc.h>
70 #include <sys/proc.h>
71 #include <sys/vmmeter.h>
72 #include <sys/vnode.h>
73 #include <sys/kernel.h>
74 #include <sys/alist.h>
75 #include <sys/sysctl.h>
76 #include <sys/cpu_topology.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_param.h>
80 #include <sys/lock.h>
81 #include <vm/vm_kern.h>
82 #include <vm/pmap.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_pager.h>
88 #include <vm/vm_extern.h>
89 #include <vm/swap_pager.h>
90
91 #include <machine/inttypes.h>
92 #include <machine/md_var.h>
93 #include <machine/specialreg.h>
94
95 #include <vm/vm_page2.h>
96 #include <sys/spinlock2.h>
97
98 /*
99  * SET - Minimum required set associative size, must be a power of 2.  We
100  *       want this to match or exceed the set-associativeness of the cpu.
101  *
102  * GRP - A larger set that allows bleed-over into the domains of other
103  *       nearby cpus.  Also must be a power of 2.  Used by the page zeroing
104  *       code to smooth things out a bit.
105  */
106 #define PQ_SET_ASSOC            16
107 #define PQ_SET_ASSOC_MASK       (PQ_SET_ASSOC - 1)
108
109 #define PQ_GRP_ASSOC            (PQ_SET_ASSOC * 2)
110 #define PQ_GRP_ASSOC_MASK       (PQ_GRP_ASSOC - 1)
111
112 static void vm_page_queue_init(void);
113 static void vm_page_free_wakeup(void);
114 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
115 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
116 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
117
118 /*
119  * Array of tailq lists
120  */
121 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
122
123 static volatile int vm_pages_waiting;
124 static struct alist vm_contig_alist;
125 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
126 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin, "vm_contig_spin");
127
128 static u_long vm_dma_reserved = 0;
129 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
130 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
131             "Memory reserved for DMA");
132 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
133             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
134
135 static int vm_contig_verbose = 0;
136 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
137
138 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
139              vm_pindex_t, pindex);
140
141 static void
142 vm_page_queue_init(void) 
143 {
144         int i;
145
146         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
147                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt_offset =
148                         offsetof(struct vmstats, v_free_count);
149         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
150                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt_offset =
151                         offsetof(struct vmstats, v_cache_count);
152         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
153                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt_offset =
154                         offsetof(struct vmstats, v_inactive_count);
155         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
156                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt_offset =
157                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
158         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
159                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt_offset =
160                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
161         /* PQ_NONE has no queue */
162
163         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
164                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
165                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin, "vm_page_queue_init");
166         }
167 }
168
169 /*
170  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
171  */
172 long first_page = 0;
173 int vm_page_array_size = 0;
174 vm_page_t vm_page_array = NULL;
175 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
176
177 /*
178  * (low level boot)
179  *
180  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
181  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
182  */
183 void
184 vm_set_page_size(void)
185 {
186         if (vmstats.v_page_size == 0)
187                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
188         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
189                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
190 }
191
192 /*
193  * (low level boot)
194  *
195  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
196  * are added to both the head and tail of the associated free page
197  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
198  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
199  *
200  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
201  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
202  *
203  * Must be called in a critical section.
204  */
205 static void
206 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
207 {
208         struct vpgqueues *vpq;
209         vm_page_t m;
210
211         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
212         m->phys_addr = pa;
213         m->flags = 0;
214         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
215         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT);
216
217         /*
218          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
219          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
220          */
221         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE);
222         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE));
223         m->pc &= PQ_L2_MASK;
224
225         /*
226          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
227          * contigmalloc() to use.
228          */
229         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
230                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
231                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
232                 m->queue = PQ_NONE;
233                 m->wire_count = 1;
234                 atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
235                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
236                 return;
237         }
238
239         /*
240          * General page
241          */
242         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
243         KKASSERT(m->dirty == 0);
244
245         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
246         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
247         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
248         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
249         ++vpq->lcnt;
250 }
251
252 /*
253  * (low level boot)
254  *
255  * Initializes the resident memory module.
256  *
257  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
258  * kernel_map becoming available.
259  *
260  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
261  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
262  *
263  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
264  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
265  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
266  */
267 void
268 vm_page_startup(void)
269 {
270         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
271         vm_offset_t mapped;
272         vm_size_t npages;
273         vm_paddr_t page_range;
274         vm_paddr_t new_end;
275         int i;
276         vm_paddr_t pa;
277         vm_paddr_t last_pa;
278         vm_paddr_t end;
279         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
280         vm_paddr_t total;
281         vm_page_t m;
282
283         total = 0;
284         biggestsize = 0;
285         biggestone = 0;
286         vaddr = round_page(vaddr);
287
288         /*
289          * Make sure ranges are page-aligned.
290          */
291         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
292                 phys_avail[i].phys_beg = round_page64(phys_avail[i].phys_beg);
293                 phys_avail[i].phys_end = trunc_page64(phys_avail[i].phys_end);
294                 if (phys_avail[i].phys_end < phys_avail[i].phys_beg)
295                         phys_avail[i].phys_end = phys_avail[i].phys_beg;
296         }
297
298         /*
299          * Locate largest block
300          */
301         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
302                 vm_paddr_t size = phys_avail[i].phys_end -
303                                   phys_avail[i].phys_beg;
304
305                 if (size > biggestsize) {
306                         biggestone = i;
307                         biggestsize = size;
308                 }
309                 total += size;
310         }
311         --i;    /* adjust to last entry for use down below */
312
313         end = phys_avail[biggestone].phys_end;
314         end = trunc_page(end);
315
316         /*
317          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
318          * and the inactive queue.
319          */
320         vm_page_queue_init();
321
322 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
323         /*
324          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
325          * vm_page_dump
326          *
327          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
328          * needs to be included in a minidump.
329          *
330          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
331          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
332          *
333          * However, i386 still needs this workspace internally within the
334          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
335          * included should the sf_buf code decide to use them.
336          */
337         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE;
338         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
339         end -= vm_page_dump_size;
340         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
341                                         VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
342         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
343 #endif
344         /*
345          * Compute the number of pages of memory that will be available for
346          * use (taking into account the overhead of a page structure per
347          * page).
348          */
349         first_page = phys_avail[0].phys_beg / PAGE_SIZE;
350         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE - first_page;
351         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
352
353 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
354         /*
355          * (only applies to real kernels)
356          *
357          * Reserve a large amount of low memory for potential 32-bit DMA
358          * space allocations.  Once device initialization is complete we
359          * release most of it, but keep (vm_dma_reserved) memory reserved
360          * for later use.  Typically for X / graphics.  Through trial and
361          * error we find that GPUs usually requires ~60-100MB or so.
362          *
363          * By default, 128M is left in reserve on machines with 2G+ of ram.
364          */
365         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
366         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
367                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
368         if (vm_dma_reserved == 0) {
369                 vm_dma_reserved = 128 * 1024 * 1024;    /* 128MB */
370                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
371                         vm_dma_reserved = total / 16;
372         }
373 #endif
374         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
375                    ALIST_RECORDS_65536);
376
377         /*
378          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
379          * queue.
380          */
381         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
382         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
383         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
384
385 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
386         /*
387          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
388          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
389          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
390          */
391         for (pa = new_end;
392              pa < phys_avail[biggestone].phys_end;
393              pa += PAGE_SIZE) {
394                 dump_add_page(pa);
395         }
396 #endif
397
398         /*
399          * Clear all of the page structures, run basic initialization so
400          * PHYS_TO_VM_PAGE() operates properly even on pages not in the
401          * map.
402          */
403         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
404         vm_page_array_size = page_range;
405
406         m = &vm_page_array[0];
407         pa = ptoa(first_page);
408         for (i = 0; i < page_range; ++i) {
409                 spin_init(&m->spin, "vm_page");
410                 m->phys_addr = pa;
411                 pa += PAGE_SIZE;
412                 ++m;
413         }
414
415         /*
416          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
417          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
418          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
419          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
420          */
421         vmstats.v_page_count = 0;
422         vmstats.v_free_count = 0;
423         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end && npages > 0; ++i) {
424                 pa = phys_avail[i].phys_beg;
425                 if (i == biggestone)
426                         last_pa = new_end;
427                 else
428                         last_pa = phys_avail[i].phys_end;
429                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
430                         vm_add_new_page(pa);
431                         pa += PAGE_SIZE;
432                 }
433         }
434         if (virtual2_start)
435                 virtual2_start = vaddr;
436         else
437                 virtual_start = vaddr;
438         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
439 }
440
441 /*
442  * Reorganize VM pages based on numa data.  May be called as many times as
443  * necessary.  Will reorganize the vm_page_t page color and related queue(s)
444  * to allow vm_page_alloc() to choose pages based on socket affinity.
445  *
446  * NOTE: This function is only called while we are still in UP mode, so
447  *       we only need a critical section to protect the queues (which
448  *       saves a lot of time, there are likely a ton of pages).
449  */
450 void
451 vm_numa_organize(vm_paddr_t ran_beg, vm_paddr_t bytes, int physid)
452 {
453         vm_paddr_t scan_beg;
454         vm_paddr_t scan_end;
455         vm_paddr_t ran_end;
456         struct vpgqueues *vpq;
457         vm_page_t m;
458         vm_page_t mend;
459         int i;
460         int socket_mod;
461         int socket_value;
462
463         /*
464          * Check if no physical information, or there was only one socket
465          * (so don't waste time doing nothing!).
466          */
467         if (cpu_topology_phys_ids <= 1 ||
468             cpu_topology_core_ids == 0) {
469                 return;
470         }
471
472         /*
473          * Setup for our iteration.  Note that ACPI may iterate CPU
474          * sockets starting at 0 or 1 or some other number.  The
475          * cpu_topology code mod's it against the socket count.
476          */
477         ran_end = ran_beg + bytes;
478         physid %= cpu_topology_phys_ids;
479
480         socket_mod = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
481         socket_value = physid * socket_mod;
482         mend = &vm_page_array[vm_page_array_size];
483
484         crit_enter();
485
486         /*
487          * Adjust vm_page->pc and requeue all affected pages.  The
488          * allocator will then be able to localize memory allocations
489          * to some degree.
490          */
491         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
492                 scan_beg = phys_avail[i].phys_beg;
493                 scan_end = phys_avail[i].phys_end;
494                 if (scan_end <= ran_beg)
495                         continue;
496                 if (scan_beg >= ran_end)
497                         continue;
498                 if (scan_beg < ran_beg)
499                         scan_beg = ran_beg;
500                 if (scan_end > ran_end)
501                         scan_end = ran_end;
502                 if (atop(scan_end) > first_page + vm_page_array_size)
503                         scan_end = ptoa(first_page + vm_page_array_size);
504
505                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(scan_beg);
506                 while (scan_beg < scan_end) {
507                         KKASSERT(m < mend);
508                         if (m->queue != PQ_NONE) {
509                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
510                                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
511                                 --vpq->lcnt;
512                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
513                                 m->queue -= m->pc;
514                                 m->pc %= socket_mod;
515                                 m->pc += socket_value;
516                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
517                                 m->queue += m->pc;
518                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
519                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
520                                 ++vpq->lcnt;
521                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
522                         } else {
523                                 m->pc %= socket_mod;
524                                 m->pc += socket_value;
525                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
526                         }
527                         scan_beg += PAGE_SIZE;
528                         ++m;
529                 }
530         }
531         crit_exit();
532 }
533
534 /*
535  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
536  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
537  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
538  * allocations.
539  *
540  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
541  */
542 static void
543 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
544 {
545         alist_blk_t blk;
546         alist_blk_t rblk;
547         alist_blk_t count;
548         alist_blk_t xcount;
549         alist_blk_t bfree;
550         vm_page_t m;
551
552         spin_lock(&vm_contig_spin);
553         for (;;) {
554                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
555                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
556                         break;
557                 if (count == 0)
558                         break;
559
560                 /*
561                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
562                  * free in order to reach our target.
563                  */
564                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
565                 if (count > bfree) {
566                         blk += count - bfree;
567                         count = bfree;
568                 }
569
570                 /*
571                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
572                  */
573                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
574                         ;
575                 xcount >>= 1;
576                 blk += count - xcount;
577                 count = xcount;
578
579                 /*
580                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
581                  * the normal VM page queues.
582                  *
583                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
584                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
585                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
586                  * confusion.
587                  */
588                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
589                 if (rblk != blk) {
590                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
591                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
592                                 blk, count, rblk);
593                         break;
594                 }
595                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
596                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
597
598                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
599                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
600                 while (count) {
601                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
602                         vm_page_unwire(m, 0);
603                         vm_page_free(m);
604                         --count;
605                         ++m;
606                 }
607                 spin_lock(&vm_contig_spin);
608         }
609         spin_unlock(&vm_contig_spin);
610
611         /*
612          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
613          * how much is left over.
614          */
615         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
616                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
617                 (PAGE_SIZE / 1024),
618                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
619 }
620 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
621         vm_page_startup_finish, NULL);
622
623
624 /*
625  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
626  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
627  */
628 int
629 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
630 {
631         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
632
633         if (p->pindex < info->start_pindex)
634                 return(-1);
635         if (p->pindex > info->end_pindex)
636                 return(1);
637         return(0);
638 }
639
640 int
641 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
642 {
643         if (p1->pindex < p2->pindex)
644                 return(-1);
645         if (p1->pindex > p2->pindex)
646                 return(1);
647         return(0);
648 }
649
650 void
651 vm_page_init(vm_page_t m)
652 {
653         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
654 }
655
656 /*
657  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
658  * allocating and freeing pages at least.
659  *
660  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
661  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
662  * unless both the page and queue are locked.
663  */
664 static __inline
665 void
666 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
667 {
668         u_short queue;
669
670         queue = m->queue;
671         if (queue != PQ_NONE) {
672                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
673                 KKASSERT(queue == m->queue);
674         }
675 }
676
677 static __inline
678 void
679 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
680 {
681         u_short queue;
682
683         queue = m->queue;
684         cpu_ccfence();
685         if (queue != PQ_NONE)
686                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
687 }
688
689 static __inline
690 void
691 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
692 {
693         cpu_ccfence();
694         if (queue != PQ_NONE)
695                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
696 }
697
698
699 static __inline
700 void
701 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
702 {
703         cpu_ccfence();
704         if (queue != PQ_NONE)
705                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
706 }
707
708 void
709 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
710 {
711         _vm_page_queue_spin_lock(m);
712 }
713
714 void
715 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
716 {
717         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
718 }
719
720 void
721 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
722 {
723         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
724 }
725
726 void
727 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
728 {
729         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
730 }
731
732 /*
733  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
734  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
735  * recheck on return.
736  */
737 static __inline
738 void
739 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
740 {
741         vm_page_spin_lock(m);
742         _vm_page_queue_spin_lock(m);
743 }
744
745 static __inline
746 void
747 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
748 {
749         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
750         vm_page_spin_unlock(m);
751 }
752
753 void
754 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
755 {
756         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
757 }
758
759 void
760 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
761 {
762         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
763 }
764
765 /*
766  * Helper function removes vm_page from its current queue.
767  * Returns the base queue the page used to be on.
768  *
769  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
770  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
771  */
772 static __inline u_short
773 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
774 {
775         struct vpgqueues *pq;
776         u_short queue;
777         u_short oqueue;
778         int *cnt;
779
780         queue = m->queue;
781         if (queue != PQ_NONE) {
782                 pq = &vm_page_queues[queue];
783                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
784
785                 /*
786                  * Adjust our pcpu stats.  In order for the nominal low-memory
787                  * algorithms to work properly we don't let any pcpu stat get
788                  * too negative before we force it to be rolled-up into the
789                  * global stats.  Otherwise our pageout and vm_wait tests
790                  * will fail badly.
791                  *
792                  * The idea here is to reduce unnecessary SMP cache
793                  * mastership changes in the global vmstats, which can be
794                  * particularly bad in multi-socket systems.
795                  */
796                 cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
797                 atomic_add_int(cnt, -1);
798                 if (*cnt < -VMMETER_SLOP_COUNT) {
799                         u_int copy = atomic_swap_int(cnt, 0);
800                         cnt = (int *)((char *)&vmstats + pq->cnt_offset);
801                         atomic_add_int(cnt, copy);
802                         cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats +
803                                       pq->cnt_offset);
804                         atomic_add_int(cnt, copy);
805                 }
806                 pq->lcnt--;
807                 m->queue = PQ_NONE;
808                 oqueue = queue;
809                 queue -= m->pc;
810                 vm_page_queues_spin_unlock(oqueue);     /* intended */
811         }
812         return queue;
813 }
814
815 /*
816  * Helper function places the vm_page on the specified queue.  Generally
817  * speaking only PQ_FREE pages are placed at the head, to allow them to
818  * be allocated sooner rather than later on the assumption that they
819  * are cache-hot.
820  *
821  * The vm_page must be spinlocked.
822  * This function will return with both the page and the queue locked.
823  */
824 static __inline void
825 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
826 {
827         struct vpgqueues *pq;
828         u_int *cnt;
829
830         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
831
832         if (queue != PQ_NONE) {
833                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
834                 pq = &vm_page_queues[queue];
835                 ++pq->lcnt;
836
837                 /*
838                  * Adjust our pcpu stats.  If a system entity really needs
839                  * to incorporate the count it will call vmstats_rollup()
840                  * to roll it all up into the global vmstats strufture.
841                  */
842                 cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
843                 atomic_add_int(cnt, 1);
844
845                 /*
846                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
847                  * cache-hot pages to programs.
848                  */
849                 m->queue = queue;
850                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
851                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
852                 } else if (athead) {
853                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
854                 } else {
855                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
856                 }
857                 /* leave the queue spinlocked */
858         }
859 }
860
861 /*
862  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
863  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
864  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
865  *
866  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
867  * guaranteed to be available.
868  */
869 void
870 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
871 {
872         u_int32_t flags;
873
874         for (;;) {
875                 flags = m->flags;
876                 cpu_ccfence();
877
878                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
879                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
880                         break;
881                 }
882                 tsleep_interlock(m, 0);
883                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
884                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
885                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
886                         break;
887                 }
888         }
889 }
890
891 /*
892  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
893  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
894  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
895  * is used if it was probed.
896  *
897  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
898  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
899  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
900  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
901  * hardware cache management performance.
902  *
903  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
904  */
905 u_short
906 vm_get_pg_color(int cpuid, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
907 {
908         u_short pg_color;
909         int phys_id;
910         int core_id;
911         int object_pg_color;
912
913         phys_id = get_cpu_phys_id(cpuid);
914         core_id = get_cpu_core_id(cpuid);
915         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
916
917         if (cpu_topology_phys_ids && cpu_topology_core_ids) {
918                 int grpsize;
919
920                 /*
921                  * Break us down by socket and cpu
922                  */
923                 pg_color = phys_id * PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
924                 pg_color += core_id * PQ_L2_SIZE /
925                             (cpu_topology_core_ids * cpu_topology_phys_ids);
926
927                 /*
928                  * Calculate remaining component for object/queue color
929                  */
930                 grpsize = PQ_L2_SIZE / (cpu_topology_core_ids *
931                                         cpu_topology_phys_ids);
932                 if (grpsize >= 8) {
933                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
934                 } else {
935                         if (grpsize <= 2) {
936                                 grpsize = 8;
937                         } else {
938                                 /* 3->9, 4->8, 5->10, 6->12, 7->14 */
939                                 grpsize += grpsize;
940                                 if (grpsize < 8)
941                                         grpsize += grpsize;
942                         }
943                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
944                 }
945         } else {
946                 /*
947                  * Unknown topology, distribute things evenly.
948                  */
949                 pg_color = cpuid * PQ_L2_SIZE / ncpus;
950                 pg_color += pindex + object_pg_color;
951         }
952         return (pg_color & PQ_L2_MASK);
953 }
954
955 /*
956  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
957  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
958  */
959 void
960 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
961                                      int also_m_busy, const char *msg
962                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
963 {
964         u_int32_t flags;
965
966         for (;;) {
967                 flags = m->flags;
968                 cpu_ccfence();
969                 if (flags & PG_BUSY) {
970                         tsleep_interlock(m, 0);
971                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
972                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
973                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
974                         }
975                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
976                         tsleep_interlock(m, 0);
977                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
978                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
979                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
980                         }
981                 } else {
982                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
983                                               flags | PG_BUSY)) {
984 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
985                                 m->busy_func = func;
986                                 m->busy_line = lineno;
987 #endif
988                                 break;
989                         }
990                 }
991         }
992 }
993
994 /*
995  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
996  * is also 0.
997  *
998  * Returns non-zero on failure.
999  */
1000 int
1001 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
1002                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1003 {
1004         u_int32_t flags;
1005
1006         for (;;) {
1007                 flags = m->flags;
1008                 cpu_ccfence();
1009                 if (flags & PG_BUSY)
1010                         return TRUE;
1011                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
1012                         return TRUE;
1013                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1014 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1015                                 m->busy_func = func;
1016                                 m->busy_line = lineno;
1017 #endif
1018                         return FALSE;
1019                 }
1020         }
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
1025  * that a wakeup() should be performed.
1026  *
1027  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
1028  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
1029  *
1030  * (inline version)
1031  */
1032 static __inline
1033 int
1034 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1035 {
1036         u_int32_t flags;
1037
1038         for (;;) {
1039                 flags = m->flags;
1040                 cpu_ccfence();
1041                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1042                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
1043                         break;
1044                 }
1045         }
1046         return(flags & PG_WANTED);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
1051  * is typically the last call you make on a page before moving onto
1052  * other things.
1053  */
1054 void
1055 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1056 {
1057         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
1058         vm_page_spin_lock(m);
1059         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1060                 vm_page_spin_unlock(m);
1061                 wakeup(m);
1062         } else {
1063                 vm_page_spin_unlock(m);
1064         }
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
1069  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
1070  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
1071  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
1072  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
1073  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
1074  * page from being disassociated from its object too).
1075  *
1076  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
1077  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
1078  * before manipulating the page.
1079  *
1080  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
1081  */
1082 void
1083 vm_page_hold(vm_page_t m)
1084 {
1085         vm_page_spin_lock(m);
1086         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1087         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
1088                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1089                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1090                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1091                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1092         }
1093         vm_page_spin_unlock(m);
1094 }
1095
1096 /*
1097  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
1098  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
1099  */
1100 void
1101 vm_page_unhold(vm_page_t m)
1102 {
1103         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
1104                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or on FREE queue (%d)",
1105                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
1106         vm_page_spin_lock(m);
1107         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
1108         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1109                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1110                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1111                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
1112                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1113         }
1114         vm_page_spin_unlock(m);
1115 }
1116
1117 /*
1118  *      vm_page_getfake:
1119  *
1120  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1121  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1122  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1123  */
1124
1125 void
1126 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1127 {
1128
1129         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1130                 /*
1131                  * The page's memattr might have changed since the
1132                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1133                  * new memattr.
1134                  */
1135                 goto memattr;
1136         }
1137         m->phys_addr = paddr;
1138         m->queue = PQ_NONE;
1139         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1140         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1141         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED | PG_BUSY;
1142         m->wire_count = 1;
1143         spin_init(&m->spin, "fake_page");
1144         pmap_page_init(m);
1145 memattr:
1146         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1147 }
1148
1149 /*
1150  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1151  *
1152  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1153  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1154  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1155  * here so we *can't* do this anyway.
1156  *
1157  * This routine may not block.
1158  * This routine must be called with the vm_object held.
1159  * This routine must be called with a critical section held.
1160  *
1161  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1162  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1163  */
1164 int
1165 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1166 {
1167         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1168         if (m->object != NULL)
1169                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1170
1171         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1172
1173         /*
1174          * Record the object/offset pair in this page and add the
1175          * pv_list_count of the page to the object.
1176          *
1177          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1178          */
1179         vm_page_spin_lock(m);
1180         m->object = object;
1181         m->pindex = pindex;
1182         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1183                 m->object = NULL;
1184                 m->pindex = 0;
1185                 vm_page_spin_unlock(m);
1186                 return FALSE;
1187         }
1188         ++object->resident_page_count;
1189         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1190         vm_page_spin_unlock(m);
1191
1192         /*
1193          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1194          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1195          */
1196         if ((m->valid & m->dirty) ||
1197             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1198                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1199
1200         /*
1201          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1202          */
1203         swap_pager_page_inserted(m);
1204         return TRUE;
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1209  *
1210  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1211  * This routine may not block.
1212  *
1213  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1214  * No other requirements.
1215  *
1216  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1217  *       it busy.
1218  */
1219 void
1220 vm_page_remove(vm_page_t m)
1221 {
1222         vm_object_t object;
1223
1224         if (m->object == NULL) {
1225                 return;
1226         }
1227
1228         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
1229                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1230
1231         object = m->object;
1232
1233         vm_object_hold(object);
1234
1235         /*
1236          * Remove the page from the object and update the object.
1237          *
1238          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1239          */
1240         vm_page_spin_lock(m);
1241         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1242         --object->resident_page_count;
1243         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1244         m->object = NULL;
1245         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1246         vm_page_spin_unlock(m);
1247
1248         vm_object_drop(object);
1249 }
1250
1251 /*
1252  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1253  * page could not be found.
1254  *
1255  * The caller must hold the vm_object token.
1256  */
1257 vm_page_t
1258 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1259 {
1260         vm_page_t m;
1261
1262         /*
1263          * Search the hash table for this object/offset pair
1264          */
1265         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1266         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1267         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1268         return(m);
1269 }
1270
1271 vm_page_t
1272 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1273                                             vm_pindex_t pindex,
1274                                             int also_m_busy, const char *msg
1275                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1276 {
1277         u_int32_t flags;
1278         vm_page_t m;
1279
1280         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1281         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1282         while (m) {
1283                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1284                 flags = m->flags;
1285                 cpu_ccfence();
1286                 if (flags & PG_BUSY) {
1287                         tsleep_interlock(m, 0);
1288                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1289                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1290                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1291                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1292                                                               pindex);
1293                         }
1294                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1295                         tsleep_interlock(m, 0);
1296                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1297                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1298                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1299                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1300                                                               pindex);
1301                         }
1302                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1303                                              flags | PG_BUSY)) {
1304 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1305                         m->busy_func = func;
1306                         m->busy_line = lineno;
1307 #endif
1308                         break;
1309                 }
1310         }
1311         return m;
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Attempt to lookup and busy a page.
1316  *
1317  * Returns NULL if the page could not be found
1318  *
1319  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1320  * be busied.
1321  *
1322  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1323  */
1324 vm_page_t
1325 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1326                                            vm_pindex_t pindex,
1327                                            int also_m_busy, int *errorp
1328                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1329 {
1330         u_int32_t flags;
1331         vm_page_t m;
1332
1333         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1334         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1335         *errorp = FALSE;
1336         while (m) {
1337                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1338                 flags = m->flags;
1339                 cpu_ccfence();
1340                 if (flags & PG_BUSY) {
1341                         *errorp = TRUE;
1342                         break;
1343                 }
1344                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1345                         *errorp = TRUE;
1346                         break;
1347                 }
1348                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1349 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1350                         m->busy_func = func;
1351                         m->busy_line = lineno;
1352 #endif
1353                         break;
1354                 }
1355         }
1356         return m;
1357 }
1358
1359 /*
1360  * Caller must hold the related vm_object
1361  */
1362 vm_page_t
1363 vm_page_next(vm_page_t m)
1364 {
1365         vm_page_t next;
1366
1367         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1368         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1369                 next = NULL;
1370         return (next);
1371 }
1372
1373 /*
1374  * vm_page_rename()
1375  *
1376  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1377  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1378  * on return.
1379  *
1380  * new_object must be held.
1381  * This routine might block. XXX ?
1382  *
1383  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1384  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1385  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1386  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1387  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1388  *
1389  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1390  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1391  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1392  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1393  *       on the cache.
1394  */
1395 void
1396 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1397 {
1398         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1399         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1400         if (m->object) {
1401                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1402                 vm_page_remove(m);
1403         }
1404         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1405                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1406                       new_object, new_pindex);
1407         }
1408         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1409                 vm_page_deactivate(m);
1410         vm_page_dirty(m);
1411 }
1412
1413 /*
1414  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1415  * is to remain BUSYied by the caller.
1416  *
1417  * This routine may not block.
1418  */
1419 void
1420 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1421 {
1422         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1423         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1424         vm_page_spin_unlock(m);
1425 }
1426
1427 /*
1428  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1429  * if necessary.
1430  *
1431  * This routine may not block.
1432  */
1433 void
1434 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1435 {
1436         u_short queue;
1437
1438         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1439         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1440         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1441                 vm_page_spin_unlock(m);
1442                 pagedaemon_wakeup();
1443         } else {
1444                 vm_page_spin_unlock(m);
1445         }
1446 }
1447
1448 /*
1449  * vm_page_list_find()
1450  *
1451  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1452  *
1453  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1454  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1455  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1456  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1457  *
1458  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1459  * memory to cpus and physical sockets.
1460  *
1461  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1462  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1463  * This is done by 'twisting' the colors.
1464  *
1465  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1466  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1467  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1468  * deactivating the page and looping).
1469  *
1470  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1471  *        is available for outside callers but the only critical path is
1472  *        from within this source file.
1473  *
1474  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1475  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1476  *        first, then queue.
1477  */
1478 static __inline
1479 vm_page_t
1480 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1481 {
1482         vm_page_t m;
1483
1484         for (;;) {
1485                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1486                 if (m == NULL) {
1487                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1488                         return(m);
1489                 }
1490                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1491                 if (m->queue == basequeue + index) {
1492                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1493                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1494                         break;
1495                 }
1496                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1497         }
1498         return(m);
1499 }
1500
1501 /*
1502  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1503  * a nearby queue.
1504  */
1505 static vm_page_t
1506 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1507 {
1508         struct vpgqueues *pq;
1509         vm_page_t m = NULL;
1510         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1511         int pqi;
1512         int i;
1513
1514         index &= PQ_L2_MASK;
1515         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1516
1517         /*
1518          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1519          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1520          */
1521         do {
1522                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1523                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1524                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1525                         m = TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl);
1526                         if (m) {
1527                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1528                                 if (m->queue == basequeue + pqi) {
1529                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1530                                         return(m);
1531                                 }
1532                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1533                                 --i;
1534                                 continue;
1535                         }
1536                 }
1537         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1538
1539         return(m);
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1544  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1545  * deactivate it if it cannot be busied!)
1546  *
1547  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1548  */
1549 vm_page_t
1550 vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1551 {
1552         return(_vm_page_list_find(basequeue, index));
1553 }
1554
1555 /*
1556  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1557  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1558  *
1559  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1560  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1561  *
1562  * This routine may not block.
1563  *
1564  */
1565 static vm_page_t
1566 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1567 {
1568         vm_page_t m;
1569
1570         for (;;) {
1571                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1572                 if (m == NULL)
1573                         break;
1574                 /*
1575                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1576                  */
1577                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1578                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1579                         vm_page_spin_unlock(m);
1580                 } else {
1581                         /*
1582                          * We successfully busied the page
1583                          */
1584                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1585                             m->hold_count == 0 &&
1586                             m->wire_count == 0 &&
1587                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1588                                 vm_page_spin_unlock(m);
1589                                 pagedaemon_wakeup();
1590                                 return(m);
1591                         }
1592
1593                         /*
1594                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1595                          */
1596                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1597                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1598                                 vm_page_spin_unlock(m);
1599                                 wakeup(m);
1600                         } else {
1601                                 vm_page_spin_unlock(m);
1602                         }
1603                 }
1604         }
1605         return (m);
1606 }
1607
1608 /*
1609  * Find a free page.  We attempt to inline the nominal case and fall back
1610  * to _vm_page_select_free() otherwise.  A busied page is removed from
1611  * the queue and returned.
1612  *
1613  * This routine may not block.
1614  */
1615 static __inline vm_page_t
1616 vm_page_select_free(u_short pg_color)
1617 {
1618         vm_page_t m;
1619
1620         for (;;) {
1621                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1622                 if (m == NULL)
1623                         break;
1624                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1625                         /*
1626                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1627                          * result in a busy page on the free queue.  We
1628                          * have to move the page out of the way so we can
1629                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1630                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1631                          * the pageout daemon will free the page later on.
1632                          *
1633                          * Since we could not busy the page, however, we
1634                          * cannot make assumptions as to whether the page
1635                          * will be allocated by the other thread or not,
1636                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1637                          * of the way.  In particular, if the other thread
1638                          * wires the page it may wind up on the inactive
1639                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1640                          * with that case too.
1641                          */
1642                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1643                         vm_page_spin_unlock(m);
1644                 } else {
1645                         /*
1646                          * Theoretically if we are able to busy the page
1647                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1648                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1649                          * page before us.
1650                          */
1651                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1652                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1653                         KASSERT(m->hold_count == 0, ("m->hold_count is not zero "
1654                                                      "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
1655                                                      m, m->queue, m->flags, m->hold_count, m->wire_count));
1656                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1657                         vm_page_spin_unlock(m);
1658                         pagedaemon_wakeup();
1659
1660                         /* return busied and removed page */
1661                         return(m);
1662                 }
1663         }
1664         return(m);
1665 }
1666
1667 /*
1668  * vm_page_alloc()
1669  *
1670  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1671  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1672  *
1673  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1674  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1675  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1676  *
1677  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1678  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1679  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1680  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1681  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1682  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1683  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1684  *                              (see vm_page_grab())
1685  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1686  *
1687  *      VM_ALLOC_CPU(n)         allocate using specified cpu localization
1688  *
1689  * The object must be held if not NULL
1690  * This routine may not block
1691  *
1692  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1693  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1694  * in this case.
1695  */
1696 vm_page_t
1697 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1698 {
1699         globaldata_t gd;
1700         vm_object_t obj;
1701         vm_page_t m;
1702         u_short pg_color;
1703         int cpuid_local;
1704
1705 #if 0
1706         /*
1707          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1708          * and pre-zerod for us.
1709          */
1710         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1711                 crit_enter_gd(gd);
1712                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1713                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1714                         crit_exit_gd(gd);
1715                         goto done;
1716                 }
1717                 crit_exit_gd(gd);
1718         }
1719 #endif
1720         m = NULL;
1721
1722         /*
1723          * CPU LOCALIZATION
1724          *
1725          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
1726          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
1727          * id, and core_id != gd_cpuid).
1728          *
1729          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
1730          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
1731          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
1732          *
1733          * (may be executed before the APs are started, so other GDs might
1734          *  not exist!)
1735          */
1736         if (page_req & VM_ALLOC_CPU_SPEC)
1737                 cpuid_local = VM_ALLOC_GETCPU(page_req);
1738         else
1739                 cpuid_local = mycpu->gd_cpuid;
1740
1741         pg_color = vm_get_pg_color(cpuid_local, object, pindex);
1742
1743         KKASSERT(page_req & 
1744                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1745                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1746
1747         /*
1748          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1749          * allowed to eat deeper into the free page list.
1750          */
1751         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1752                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1753
1754         /*
1755          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
1756          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
1757          * livelocks, be careful.
1758          */
1759 loop:
1760         gd = mycpu;
1761         if (gd->gd_vmstats.v_free_count >= gd->gd_vmstats.v_free_reserved ||
1762             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) &&
1763              gd->gd_vmstats.v_free_count > 0) ||
1764             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) &&
1765              gd->gd_vmstats.v_cache_count == 0 &&
1766                 gd->gd_vmstats.v_free_count >
1767                 gd->gd_vmstats.v_interrupt_free_min)
1768         ) {
1769                 /*
1770                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1771                  */
1772                 m = vm_page_select_free(pg_color);
1773         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1774                 /*
1775                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1776                  * success, we must free the page and try again, thus
1777                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1778                  */
1779 #ifdef INVARIANTS
1780                 if (curthread->td_preempted) {
1781                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1782                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1783                         m = NULL;
1784                 } else {
1785                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1786                 }
1787 #else
1788                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1789 #endif
1790                 /*
1791                  * On success move the page into the free queue and loop.
1792                  *
1793                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1794                  * because this is effectively a random page and the caller
1795                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1796                  * deadlock.
1797                  */
1798                 if (m != NULL) {
1799                         KASSERT(m->dirty == 0,
1800                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1801                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1802                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1803                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1804                                         vm_page_free(m);
1805                                         /* m->object NULL here */
1806                                         vm_object_drop(obj);
1807                                 } else {
1808                                         vm_page_deactivate(m);
1809                                         vm_page_wakeup(m);
1810                                 }
1811                         } else {
1812                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1813                                 vm_page_free(m);
1814                         }
1815                         goto loop;
1816                 }
1817
1818                 /*
1819                  * On failure return NULL
1820                  */
1821                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
1822                 pagedaemon_wakeup();
1823                 return (NULL);
1824         } else {
1825                 /*
1826                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1827                  */
1828                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
1829                 pagedaemon_wakeup();
1830                 return (NULL);
1831         }
1832
1833         /*
1834          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1835          * page.
1836          */
1837         if (m == NULL) {
1838                 vmstats_rollup();
1839                 goto loop;
1840         }
1841
1842         /*
1843          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1844          * removed from its queues.
1845          */
1846         KASSERT(m->dirty == 0,
1847                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1848         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1849
1850 #if 0
1851 done:
1852 #endif
1853         /*
1854          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1855          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1856          */
1857         vm_page_flag_clear(m, ~PG_KEEP_NEWPAGE_MASK);
1858
1859         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1860         KKASSERT(m->busy == 0);
1861         m->act_count = 0;
1862         m->valid = 0;
1863
1864         /*
1865          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1866          * vm_page_insert()).
1867          *
1868          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1869          *       (which could cause us to block allocating memory).
1870          *
1871          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1872          *       can be used by the caller for any purpose.
1873          */
1874         if (object) {
1875                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1876                         vm_page_free(m);
1877                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1878                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
1879                                       object, (long)pindex, m);
1880                         m = NULL;
1881                 }
1882         } else {
1883                 m->pindex = pindex;
1884         }
1885
1886         /*
1887          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1888          * we would be nearly out of memory.
1889          */
1890         pagedaemon_wakeup();
1891
1892         /*
1893          * A PG_BUSY page is returned.
1894          */
1895         return (m);
1896 }
1897
1898 /*
1899  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
1900  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
1901  */
1902 vm_size_t
1903 vm_contig_avail_pages(void)
1904 {
1905         alist_blk_t blk;
1906         alist_blk_t count;
1907         alist_blk_t bfree;
1908         spin_lock(&vm_contig_spin);
1909         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
1910         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1911
1912         return bfree;
1913 }
1914
1915 /*
1916  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1917  * requirements.
1918  */
1919 vm_page_t
1920 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1921                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1922                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
1923 {
1924         alist_blk_t blk;
1925         vm_page_t m;
1926         int i;
1927
1928         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1929         if (alignment == 0)
1930                 alignment = 1;
1931         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1932         if (boundary == 0)
1933                 boundary = 1;
1934         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1935
1936         spin_lock(&vm_contig_spin);
1937         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1938         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1939                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1940                 if (bootverbose) {
1941                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1942                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1943                 }
1944                 return(NULL);
1945         }
1946         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1947                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1948                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1949                 if (bootverbose) {
1950                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1951                                 "%016jx failed\n",
1952                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1953                                 (intmax_t)high);
1954                 }
1955                 return(NULL);
1956         }
1957         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1958         if (vm_contig_verbose) {
1959                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1960                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1961                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1962         }
1963
1964         m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
1965         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1966                 for (i = 0;i < size;i++)
1967                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
1968         return m;
1969 }
1970
1971 /*
1972  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1973  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1974  */
1975 void
1976 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1977 {
1978         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1979         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1980         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1981
1982         if (vm_contig_verbose) {
1983                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1984                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1985         }
1986         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1987                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1988                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1989                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1990                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1991         } else {
1992                 while (pages) {
1993                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1994                         vm_page_unwire(m, 0);
1995                         vm_page_free(m);
1996                         --pages;
1997                         ++m;
1998                 }
1999
2000         }
2001 }
2002
2003
2004 /*
2005  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
2006  * operations.
2007  *
2008  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
2009  *           will trivially deadlock the system.
2010  */
2011 void
2012 vm_wait_nominal(void)
2013 {
2014         while (vm_page_count_min(0))
2015                 vm_wait(0);
2016 }
2017
2018 /*
2019  * Test if vm_wait_nominal() would block.
2020  */
2021 int
2022 vm_test_nominal(void)
2023 {
2024         if (vm_page_count_min(0))
2025                 return(1);
2026         return(0);
2027 }
2028
2029 /*
2030  * Block until free pages are available for allocation, called in various
2031  * places before memory allocations.
2032  *
2033  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
2034  * more generous then that.
2035  */
2036 void
2037 vm_wait(int timo)
2038 {
2039         /*
2040          * never wait forever
2041          */
2042         if (timo == 0)
2043                 timo = hz;
2044         lwkt_gettoken(&vm_token);
2045
2046         if (curthread == pagethread ||
2047             curthread == emergpager) {
2048                 /*
2049                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
2050                  */
2051                 if (vm_page_count_min(0)) {
2052                         vm_pageout_pages_needed = 1;
2053                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
2054                 }
2055         } else {
2056                 /*
2057                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2058                  *
2059                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2060                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
2061                  * But wait a little to try to slow down page allocations
2062                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
2063                  * allocation priority.
2064                  */
2065                 if (vm_page_count_target()) {
2066                         if (vm_pages_needed == 0) {
2067                                 vm_pages_needed = 1;
2068                                 wakeup(&vm_pages_needed);
2069                         }
2070                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2071                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
2072                 }
2073         }
2074         lwkt_reltoken(&vm_token);
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Block until free pages are available for allocation
2079  *
2080  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
2081  * easily tracked.
2082  */
2083 void
2084 vm_wait_pfault(void)
2085 {
2086         /*
2087          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2088          *
2089          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2090          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2091          * But wait a little to try to slow down page allocations
2092          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2093          * allocation priority.
2094          */
2095         if (vm_page_count_min(0)) {
2096                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2097                 while (vm_page_count_severe()) {
2098                         if (vm_page_count_target()) {
2099                                 thread_t td;
2100
2101                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2102                                         vm_pages_needed = 1;
2103                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2104                                 }
2105                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2106                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2107
2108                                 /*
2109                                  * Do not stay stuck in the loop if the system is trying
2110                                  * to kill the process.
2111                                  */
2112                                 td = curthread;
2113                                 if (td->td_proc && (td->td_proc->p_flags & P_LOWMEMKILL))
2114                                         break;
2115                         }
2116                 }
2117                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2118         }
2119 }
2120
2121 /*
2122  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2123  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2124  *
2125  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2126  * This routine may not block.
2127  */
2128 void
2129 vm_page_activate(vm_page_t m)
2130 {
2131         u_short oqueue;
2132
2133         vm_page_spin_lock(m);
2134         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
2135                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2136                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2137                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2138
2139                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2140                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2141                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2142                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2143                                 m->act_count = ACT_INIT;
2144                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2145                 }
2146                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2147                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2148                         pagedaemon_wakeup();
2149         } else {
2150                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2151                         m->act_count = ACT_INIT;
2152                 vm_page_spin_unlock(m);
2153         }
2154 }
2155
2156 /*
2157  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2158  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2159  * queues.
2160  *
2161  * This routine may not block.
2162  */
2163 static __inline void
2164 vm_page_free_wakeup(void)
2165 {
2166         globaldata_t gd = mycpu;
2167
2168         /*
2169          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2170          * there are some free.
2171          */
2172         if (vm_pageout_pages_needed &&
2173             gd->gd_vmstats.v_cache_count + gd->gd_vmstats.v_free_count >=
2174             gd->gd_vmstats.v_pageout_free_min
2175         ) {
2176                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2177                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2178         }
2179
2180         /*
2181          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2182          *
2183          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2184          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2185          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2186          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2187          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2188          * normal target.
2189          */
2190         if (vm_pages_waiting) {
2191                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2192                     !vm_page_count_target()) {
2193                         vm_pages_waiting = 0;
2194                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2195                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2196                 }
2197 #if 0
2198                 if (!vm_page_count_target()) {
2199                         /*
2200                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2201                          */
2202                         vm_pages_waiting = 0;
2203                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2204                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2205                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2206                         /*
2207                          * Some pages are free, wakeup someone.
2208                          */
2209                         int wcount = vm_pages_waiting;
2210                         if (wcount > 0)
2211                                 --wcount;
2212                         vm_pages_waiting = wcount;
2213                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2214                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2215                 }
2216 #endif
2217         }
2218 }
2219
2220 /*
2221  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2222  * it from its VM object.
2223  *
2224  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
2225  * return (the page will have been freed).
2226  */
2227 void
2228 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2229 {
2230         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2231         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2232         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2233
2234         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2235                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
2236                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
2237                         (u_long)m->pindex, m->busy,
2238                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
2239                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2240                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2241                 else
2242                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2243         }
2244
2245         /*
2246          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2247          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2248          * after this section (because the page was removed from any
2249          * queue).
2250          */
2251         vm_page_remove(m);
2252         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2253         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2254
2255         /*
2256          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2257          * and queue removal.
2258          */
2259         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2260                 vm_page_spin_unlock(m);
2261                 vm_page_wakeup(m);
2262                 return;
2263         }
2264
2265         m->valid = 0;
2266         vm_page_undirty(m);
2267
2268         if (m->wire_count != 0) {
2269                 if (m->wire_count > 1) {
2270                     panic(
2271                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2272                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2273                 }
2274                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2275         }
2276
2277         /*
2278          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2279          * Clear the NEED_COMMIT flag
2280          */
2281         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2282                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2283         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2284                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2285
2286         if (m->hold_count != 0) {
2287                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2288         } else {
2289                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
2290         }
2291
2292         /*
2293          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2294          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2295          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2296          * deadlock.
2297          */
2298         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2299         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2300                 vm_page_spin_unlock(m);
2301                 wakeup(m);
2302         } else {
2303                 vm_page_spin_unlock(m);
2304         }
2305         vm_page_free_wakeup();
2306 }
2307
2308 /*
2309  * vm_page_unmanage()
2310  *
2311  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2312  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2313  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2314  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2315  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2316  * operate on the page.
2317  *
2318  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2319  * will clear the flag.
2320  *
2321  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2322  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2323  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2324  * mappings.
2325  *
2326  * Caller must be holding the page busy.
2327  */
2328 void
2329 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2330 {
2331         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2332         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2333                 if (m->wire_count == 0)
2334                         vm_page_unqueue(m);
2335         }
2336         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2337 }
2338
2339 /*
2340  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2341  * paging queues as necessary.
2342  *
2343  * Caller must be holding the page busy.
2344  */
2345 void
2346 vm_page_wire(vm_page_t m)
2347 {
2348         /*
2349          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2350          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2351          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2352          * pages because they are always wired.
2353          */
2354         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2355         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2356                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2357                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2358                                 vm_page_unqueue(m);
2359                         atomic_add_int(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, 1);
2360                 }
2361                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2362                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2363         }
2364 }
2365
2366 /*
2367  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2368  *
2369  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2370  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2371  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2372  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2373  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2374  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2375  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2376  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2377  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2378  * reused more quickly.
2379  *
2380  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2381  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2382  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2383  *
2384  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2385  * put clean pages on the cache queue.
2386  *
2387  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2388  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2389  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2390  * dirty pages in the cache are not allowed.
2391  *
2392  * This routine may not block.
2393  */
2394 void
2395 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2396 {
2397         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2398         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2399                 /* do nothing */
2400         } else if (m->wire_count <= 0) {
2401                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2402         } else {
2403                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2404                         atomic_add_int(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, -1);
2405                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2406                                 ;
2407                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2408                                 vm_page_spin_lock(m);
2409                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2410                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2411                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2412                         } else {
2413                                 vm_page_spin_lock(m);
2414                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2415                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2416                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2417                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2418                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2419                         }
2420                 }
2421         }
2422 }
2423
2424 /*
2425  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2426  * any associated swap, the swap is deallocated.
2427  *
2428  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2429  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2430  * except without unmapping it from the process address space.
2431  *
2432  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2433  * This routine may not block.
2434  */
2435 static void
2436 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2437 {
2438         u_short oqueue;
2439
2440         /*
2441          * Ignore if already inactive.
2442          */
2443         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2444                 return;
2445         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2446         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2447
2448         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2449                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2450                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2451                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2452                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2453                 if (athead == 0)
2454                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2455         }
2456         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2457         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2458         /* leaves vm_page spinlocked */
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Attempt to deactivate a page.
2463  *
2464  * No requirements.
2465  */
2466 void
2467 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2468 {
2469         vm_page_spin_lock(m);
2470         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2471         vm_page_spin_unlock(m);
2472 }
2473
2474 void
2475 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2476 {
2477         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2478 }
2479
2480 /*
2481  * Attempt to move a busied page to PQ_CACHE, then unconditionally unbusy it.
2482  *
2483  * This function returns non-zero if it successfully moved the page to
2484  * PQ_CACHE.
2485  *
2486  * This function unconditionally unbusies the page on return.
2487  */
2488 int
2489 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2490 {
2491         vm_page_spin_lock(m);
2492         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2493             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2494                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2495                         vm_page_spin_unlock(m);
2496                         wakeup(m);
2497                 } else {
2498                         vm_page_spin_unlock(m);
2499                 }
2500                 return(0);
2501         }
2502         vm_page_spin_unlock(m);
2503
2504         /*
2505          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2506          * be moved to the cache.
2507          */
2508         vm_page_test_dirty(m);
2509         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2510                 vm_page_wakeup(m);
2511                 return(0);
2512         }
2513         vm_page_cache(m);
2514         return(1);
2515 }
2516
2517 /*
2518  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2519  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2520  *
2521  * No requirements.
2522  */
2523 int
2524 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2525 {
2526         vm_page_spin_lock(m);
2527         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2528                 vm_page_spin_unlock(m);
2529                 return(0);
2530         }
2531
2532         /*
2533          * The page can be in any state, including already being on the free
2534          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2535          */
2536         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2537             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2538             m->wire_count ||                    /* or wired */
2539             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2540                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2541             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2542             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2543                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2544                         vm_page_spin_unlock(m);
2545                         wakeup(m);
2546                 } else {
2547                         vm_page_spin_unlock(m);
2548                 }
2549                 return(0);
2550         }
2551         vm_page_spin_unlock(m);
2552
2553         /*
2554          * We can probably free the page.
2555          *
2556          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2557          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2558          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2559          */
2560         vm_page_test_dirty(m);
2561         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2562                 vm_page_wakeup(m);
2563                 return(0);
2564         }
2565         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2566         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2567                 vm_page_wakeup(m);
2568                 return(0);
2569         }
2570         vm_page_free(m);
2571         return(1);
2572 }
2573
2574 /*
2575  * vm_page_cache
2576  *
2577  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2578  *
2579  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2580  * possibly even free the page.
2581  */
2582 void
2583 vm_page_cache(vm_page_t m)
2584 {
2585         /*
2586          * Not suitable for the cache
2587          */
2588         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2589             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2590                 vm_page_wakeup(m);
2591                 return;
2592         }
2593
2594         /*
2595          * Already in the cache (and thus not mapped)
2596          */
2597         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2598                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2599                 vm_page_wakeup(m);
2600                 return;
2601         }
2602
2603         /*
2604          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2605          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2606          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2607          */
2608         if (m->dirty) {
2609                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2610                         (long)m->pindex);
2611         }
2612
2613         /*
2614          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2615          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2616          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2617          * everything.
2618          */
2619         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2620         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2621             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2622                 vm_page_wakeup(m);
2623         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2624                 vm_page_deactivate(m);
2625                 vm_page_wakeup(m);
2626         } else {
2627                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2628                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2629                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2630                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2631                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2632                         vm_page_spin_unlock(m);
2633                         wakeup(m);
2634                 } else {
2635                         vm_page_spin_unlock(m);
2636                 }
2637                 vm_page_free_wakeup();
2638         }
2639 }
2640
2641 /*
2642  * vm_page_dontneed()
2643  *
2644  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2645  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2646  *
2647  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2648  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2649  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2650  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2651  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2652  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2653  *
2654  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2655  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2656  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2657  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2658  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2659  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2660  * often.
2661  *
2662  * The page must be busied.
2663  */
2664 void
2665 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2666 {
2667         static int dnweight;
2668         int dnw;
2669         int head;
2670
2671         dnw = ++dnweight;
2672
2673         /*
2674          * occassionally leave the page alone
2675          */
2676         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2677             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2678             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2679         ) {
2680                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2681                         --m->act_count;
2682                 return;
2683         }
2684
2685         /*
2686          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2687          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2688          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2689          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2690          */
2691         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2692         pmap_clear_reference(m);
2693
2694         if (m->dirty == 0)
2695                 vm_page_test_dirty(m);
2696
2697         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2698                 /*
2699                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2700                  */
2701                 head = 0;
2702         } else {
2703                 /*
2704                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2705                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2706                  * at the head of the queue instead of the tail.
2707                  */
2708                 head = 1;
2709         }
2710         vm_page_spin_lock(m);
2711         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2712         vm_page_spin_unlock(m);
2713 }
2714
2715 /*
2716  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2717  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2718  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2719  * write can still be mapped read-only.
2720  *
2721  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2722  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2723  * busy bit is cleared.
2724  *
2725  * The caller must hold the page BUSY when making these two calls.
2726  */
2727 void
2728 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2729 {
2730         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2731         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2732         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2733 }
2734
2735 void
2736 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2737 {
2738         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2739         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2740         if (m->busy == 0)
2741                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2742 }
2743
2744 /*
2745  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2746  * be reused.  Used by tmpfs.
2747  */
2748 void
2749 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2750 {
2751         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2752         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2753 }
2754
2755 void
2756 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2757 {
2758         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2759 }
2760
2761 /*
2762  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2763  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2764  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2765  * the page).
2766  *
2767  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2768  * page will be zero'd and marked valid.
2769  *
2770  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2771  * valid even if it already exists.
2772  *
2773  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2774  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2775  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2776  *
2777  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2778  * always returned if we had blocked.  
2779  *
2780  * This routine may not be called from an interrupt.
2781  *
2782  * No other requirements.
2783  */
2784 vm_page_t
2785 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2786 {
2787         vm_page_t m;
2788         int error;
2789         int shared = 1;
2790
2791         KKASSERT(allocflags &
2792                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2793         vm_object_hold_shared(object);
2794         for (;;) {
2795                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2796                 if (error) {
2797                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2798                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2799                                 m = NULL;
2800                                 break;
2801                         }
2802                         /* retry */
2803                 } else if (m == NULL) {
2804                         if (shared) {
2805                                 vm_object_upgrade(object);
2806                                 shared = 0;
2807                         }
2808                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2809                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2810                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2811                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2812                         if (m)
2813                                 break;
2814                         vm_wait(0);
2815                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2816                                 goto failed;
2817                 } else {
2818                         /* m found */
2819                         break;
2820                 }
2821         }
2822
2823         /*
2824          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2825          *
2826          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2827          * valid even if already valid.
2828          *
2829          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
2830          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
2831          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
2832          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
2833          *        accesors taking the fault.
2834          *
2835          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
2836          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
2837          *        for userland to access the memory.
2838          */
2839         if (m->valid == 0) {
2840                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2841                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2842                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2843                 }
2844         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2845                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2846                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2847         }
2848 failed:
2849         vm_object_drop(object);
2850         return(m);
2851 }
2852
2853 /*
2854  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2855  * a page.  May not block.
2856  *
2857  * Inputs are required to range within a page.
2858  *
2859  * No requirements.
2860  * Non blocking.
2861  */
2862 int
2863 vm_page_bits(int base, int size)
2864 {
2865         int first_bit;
2866         int last_bit;
2867
2868         KASSERT(
2869             base + size <= PAGE_SIZE,
2870             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2871         );
2872
2873         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2874                 return(0);
2875
2876         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2877         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2878
2879         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2884  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2885  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2886  * such chunks will be zero'd.
2887  *
2888  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2889  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2890  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2891  *       lost.
2892  *
2893  * This routine may not block.
2894  *
2895  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2896  */
2897 static void
2898 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2899 {
2900         int frag;
2901         int endoff;
2902
2903         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2904                 return;
2905
2906         /*
2907          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2908          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2909          * first block.
2910          */
2911
2912         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2913             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2914         ) {
2915                 pmap_zero_page_area(
2916                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2917                     frag,
2918                     base - frag
2919                 );
2920         }
2921
2922         /*
2923          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2924          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2925          * the last block.
2926          */
2927
2928         endoff = base + size;
2929
2930         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2931             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2932         ) {
2933                 pmap_zero_page_area(
2934                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2935                     endoff,
2936                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2937                 );
2938         }
2939 }
2940
2941 /*
2942  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2943  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2944  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2945  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2946  * be set again.
2947  *
2948  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2949  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2950  * the range.
2951  *
2952  * Page must be busied?
2953  * No other requirements.
2954  */
2955 void
2956 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2957 {
2958         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2959         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2960 }
2961
2962
2963 /*
2964  * Set valid bits and clear dirty bits.
2965  *
2966  * Page must be busied by caller.
2967  *
2968  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2969  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2970  *       and size.
2971  *
2972  * No other requirements.
2973  */
2974 void
2975 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2976 {
2977         int pagebits;
2978
2979         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2980         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2981         m->valid |= pagebits;
2982         m->dirty &= ~pagebits;
2983         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2984                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2985                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2986         }
2987 }
2988
2989 /*
2990  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2991  *
2992  * Page must be busied by caller.
2993  */
2994 void
2995 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2996 {
2997         int pagebits;
2998
2999         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3000         m->valid |= pagebits;
3001         m->dirty |= pagebits;
3002         if (m->object)
3003                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3004 }
3005
3006 /*
3007  * Clear dirty bits.
3008  *
3009  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3010  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3011  *       and size.
3012  *
3013  * Page must be busied?
3014  * No other requirements.
3015  */
3016 void
3017 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3018 {
3019         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
3020         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3021                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3022                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3023         }
3024 }
3025
3026 /*
3027  * Make the page all-dirty.
3028  *
3029  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
3030  * object may now contain a dirty page.
3031  *
3032  * Page must be busied?
3033  * No other requirements.
3034  */
3035 void
3036 vm_page_dirty(vm_page_t m)
3037 {
3038 #ifdef INVARIANTS
3039         int pqtype = m->queue - m->pc;
3040 #endif
3041         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
3042                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
3043         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
3044                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
3045                 if (m->object)
3046                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3047         }
3048 }
3049
3050 /*
3051  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3052  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3053  *
3054  * Page must be busied?
3055  * Does not block.
3056  * No other requirements.
3057  */
3058 void
3059 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3060 {
3061         int bits;
3062
3063         bits = vm_page_bits(base, size);
3064         m->valid &= ~bits;
3065         m->dirty &= ~bits;
3066         atomic_add_int(&m->object->generation, 1);
3067 }
3068
3069 /*
3070  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3071  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3072  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3073  * page so user code sees what it expects.
3074  *
3075  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3076  * into memory and the file's size is not page aligned.
3077  *
3078  * Page must be busied?
3079  * No other requirements.
3080  */
3081 void
3082 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3083 {
3084         int b;
3085         int i;
3086
3087         /*
3088          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3089          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3090          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3091          * vm_page_set_validclean().
3092          */
3093         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3094                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3095                     (m->valid & (1 << i))
3096                 ) {
3097                         if (i > b) {
3098                                 pmap_zero_page_area(
3099                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3100                                     b << DEV_BSHIFT,
3101                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3102                                 );
3103                         }
3104                         b = i + 1;
3105                 }
3106         }
3107
3108         /*
3109          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3110          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3111          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3112          */
3113         if (setvalid)
3114                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3115 }
3116
3117 /*
3118  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3119  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3120  * invalid, and TRUE otherwise.
3121  *
3122  * Does not block.
3123  * No other requirements.
3124  */
3125 int
3126 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3127 {
3128         int bits = vm_page_bits(base, size);
3129
3130         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3131                 return 1;
3132         else
3133                 return 0;
3134 }
3135
3136 /*
3137  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3138  *
3139  * Caller must hold the page busy
3140  */
3141 void
3142 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3143 {
3144         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3145                 vm_page_dirty(m);
3146         }
3147 }
3148
3149 #include "opt_ddb.h"
3150 #ifdef DDB
3151 #include <ddb/ddb.h>
3152
3153 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3154 {
3155         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3156         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3157         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3158         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3159         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3160         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3161         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3162         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3163         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3164         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3165 }
3166
3167 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3168 {
3169         int i;
3170         db_printf("PQ_FREE:");
3171         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3172                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3173         }
3174         db_printf("\n");
3175                 
3176         db_printf("PQ_CACHE:");
3177         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3178                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3179         }
3180         db_printf("\n");
3181
3182         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3183         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3184                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3185         }
3186         db_printf("\n");
3187
3188         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3189         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3190                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3191         }
3192         db_printf("\n");
3193 }
3194 #endif /* DDB */