proc->thread stage 1: change kproc_*() API to take and return threads. Note:
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.4 2003/06/22 17:39:48 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory management module.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90
91 static void     vm_page_queue_init (void);
92 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
93
94 /*
95  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
96  *      page structure.
97  */
98
99 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
100 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
101 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
102 static volatile int vm_page_bucket_generation;
103
104 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
105
106 static void
107 vm_page_queue_init(void) {
108         int i;
109
110         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
111                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &cnt.v_free_count;
112         }
113         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
114
115         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
116         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
117         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
118                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &cnt.v_cache_count;
119         }
120         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
121                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
122         }
123 }
124
125 vm_page_t vm_page_array = 0;
126 int vm_page_array_size = 0;
127 long first_page = 0;
128 int vm_page_zero_count = 0;
129
130 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
131 static void vm_page_free_wakeup (void);
132
133 /*
134  *      vm_set_page_size:
135  *
136  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
137  *      size.  Must be called before any use of page-size
138  *      dependent functions.
139  */
140 void
141 vm_set_page_size(void)
142 {
143         if (cnt.v_page_size == 0)
144                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
145         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
146                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
147 }
148
149 /*
150  *      vm_add_new_page:
151  *
152  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
153  *      Must be called at splhigh().
154  */
155 vm_page_t
156 vm_add_new_page(vm_offset_t pa)
157 {
158         vm_page_t m;
159
160         ++cnt.v_page_count;
161         ++cnt.v_free_count;
162         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
163         m->phys_addr = pa;
164         m->flags = 0;
165         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
166         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
167         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
168         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
169         return (m);
170 }
171
172 /*
173  *      vm_page_startup:
174  *
175  *      Initializes the resident memory module.
176  *
177  *      Allocates memory for the page cells, and
178  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
179  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
180  */
181
182 vm_offset_t
183 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
184 {
185         vm_offset_t mapped;
186         struct vm_page **bucket;
187         vm_size_t npages, page_range;
188         vm_offset_t new_end;
189         int i;
190         vm_offset_t pa;
191         int nblocks;
192         vm_offset_t last_pa;
193
194         /* the biggest memory array is the second group of pages */
195         vm_offset_t end;
196         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
197
198         vm_offset_t total;
199
200         total = 0;
201         biggestsize = 0;
202         biggestone = 0;
203         nblocks = 0;
204         vaddr = round_page(vaddr);
205
206         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
207                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
208                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
209         }
210
211         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
212                 int size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
213
214                 if (size > biggestsize) {
215                         biggestone = i;
216                         biggestsize = size;
217                 }
218                 ++nblocks;
219                 total += size;
220         }
221
222         end = phys_avail[biggestone+1];
223
224         /*
225          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
226          * and the inactive queue.
227          */
228
229         vm_page_queue_init();
230
231         /*
232          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
233          *
234          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
235          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
236          * the system.  
237          *
238          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
239          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
240          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
241          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
242          *
243          * Note: This computation can be tweaked if desired.
244          */
245         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
246         bucket = vm_page_buckets;
247         if (vm_page_bucket_count == 0) {
248                 vm_page_bucket_count = 1;
249                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
250                         vm_page_bucket_count <<= 1;
251         }
252         vm_page_bucket_count <<= 1;
253         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
254
255         /*
256          * Validate these addresses.
257          */
258         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
259         new_end = trunc_page(new_end);
260         mapped = round_page(vaddr);
261         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
262             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
263         vaddr = round_page(vaddr);
264         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
265
266         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
267                 *bucket = NULL;
268                 bucket++;
269         }
270
271         /*
272          * Compute the number of pages of memory that will be available for
273          * use (taking into account the overhead of a page structure per
274          * page).
275          */
276
277         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
278
279         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
280         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
281             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
282
283         end = new_end;
284         /*
285          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
286          * queue.
287          */
288         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
289         mapped = vaddr;
290
291         /*
292          * Validate these addresses.
293          */
294
295         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
296         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
297             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
298
299         /*
300          * Clear all of the page structures
301          */
302         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
303         vm_page_array_size = page_range;
304
305         /*
306          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
307          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
308          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
309          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
310          */
311         cnt.v_page_count = 0;
312         cnt.v_free_count = 0;
313         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
314                 pa = phys_avail[i];
315                 if (i == biggestone)
316                         last_pa = new_end;
317                 else
318                         last_pa = phys_avail[i + 1];
319                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
320                         vm_add_new_page(pa);
321                         pa += PAGE_SIZE;
322                 }
323         }
324         return (mapped);
325 }
326
327 /*
328  *      vm_page_hash:
329  *
330  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
331  *
332  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
333  *      This routine may not block.
334  *
335  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
336  *      out in the hash table without it costing us too much.
337  */
338 static __inline int
339 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
340 {
341         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
342
343         return(i & vm_page_hash_mask);
344 }
345
346 void
347 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
348 {
349         --mem->hold_count;
350         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
351         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
352                 vm_page_free_toq(mem);
353 }
354
355 /*
356  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
357  *
358  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
359  *
360  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
361  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
362  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
363  *      here so we *can't* do this anyway.
364  *
365  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
366  *      This routine may not block.
367  */
368
369 void
370 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
371 {
372         struct vm_page **bucket;
373
374         if (m->object != NULL)
375                 panic("vm_page_insert: already inserted");
376
377         /*
378          * Record the object/offset pair in this page
379          */
380
381         m->object = object;
382         m->pindex = pindex;
383
384         /*
385          * Insert it into the object_object/offset hash table
386          */
387
388         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
389         m->hnext = *bucket;
390         *bucket = m;
391         vm_page_bucket_generation++;
392
393         /*
394          * Now link into the object's list of backed pages.
395          */
396
397         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
398         object->generation++;
399
400         /*
401          * show that the object has one more resident page.
402          */
403
404         object->resident_page_count++;
405
406         /*
407          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
408          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
409          */
410         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
411                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
412 }
413
414 /*
415  *      vm_page_remove:
416  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
417  *
418  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
419  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
420  *      the backing store.
421  *
422  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
423  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
424  *      This routine may not block.
425  */
426
427 void
428 vm_page_remove(vm_page_t m)
429 {
430         vm_object_t object;
431
432         if (m->object == NULL)
433                 return;
434
435         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
436                 panic("vm_page_remove: page not busy");
437         }
438
439         /*
440          * Basically destroy the page.
441          */
442
443         vm_page_wakeup(m);
444
445         object = m->object;
446
447         /*
448          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
449          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
450          *
451          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
452          * buffers with vm_page_lookup().
453          */
454
455         {
456                 struct vm_page **bucket;
457
458                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
459                 while (*bucket != m) {
460                         if (*bucket == NULL)
461                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
462                         bucket = &(*bucket)->hnext;
463                 }
464                 *bucket = m->hnext;
465                 m->hnext = NULL;
466                 vm_page_bucket_generation++;
467         }
468
469         /*
470          * Now remove from the object's list of backed pages.
471          */
472
473         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
474
475         /*
476          * And show that the object has one fewer resident page.
477          */
478
479         object->resident_page_count--;
480         object->generation++;
481
482         m->object = NULL;
483 }
484
485 /*
486  *      vm_page_lookup:
487  *
488  *      Returns the page associated with the object/offset
489  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
490  *
491  *      NOTE: the code below does not lock.  It will operate properly if
492  *      an interrupt makes a change, but the generation algorithm will not 
493  *      operate properly in an SMP environment where both cpu's are able to run
494  *      kernel code simultaneously.
495  *
496  *      The object must be locked.  No side effects.
497  *      This routine may not block.
498  *      This is a critical path routine
499  */
500
501 vm_page_t
502 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
503 {
504         vm_page_t m;
505         struct vm_page **bucket;
506         int generation;
507
508         /*
509          * Search the hash table for this object/offset pair
510          */
511
512 retry:
513         generation = vm_page_bucket_generation;
514         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
515         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
516                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
517                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
518                                 goto retry;
519                         return (m);
520                 }
521         }
522         if (vm_page_bucket_generation != generation)
523                 goto retry;
524         return (NULL);
525 }
526
527 /*
528  *      vm_page_rename:
529  *
530  *      Move the given memory entry from its
531  *      current object to the specified target object/offset.
532  *
533  *      The object must be locked.
534  *      This routine may not block.
535  *
536  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
537  *
538  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
539  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
540  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
541  *            moving the page from object A to B, and will then later move
542  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
543  *
544  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
545  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
546  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
547  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
548  *            on the cache.
549  */
550
551 void
552 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
553 {
554         int s;
555
556         s = splvm();
557         vm_page_remove(m);
558         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
559         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
560                 vm_page_deactivate(m);
561         vm_page_dirty(m);
562         splx(s);
563 }
564
565 /*
566  * vm_page_unqueue_nowakeup:
567  *
568  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
569  *
570  *      This routine must be called at splhigh().
571  *      This routine may not block.
572  */
573
574 void
575 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
576 {
577         int queue = m->queue;
578         struct vpgqueues *pq;
579         if (queue != PQ_NONE) {
580                 pq = &vm_page_queues[queue];
581                 m->queue = PQ_NONE;
582                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
583                 (*pq->cnt)--;
584                 pq->lcnt--;
585         }
586 }
587
588 /*
589  * vm_page_unqueue:
590  *
591  *      Remove a page from its queue.
592  *
593  *      This routine must be called at splhigh().
594  *      This routine may not block.
595  */
596
597 void
598 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
599 {
600         int queue = m->queue;
601         struct vpgqueues *pq;
602         if (queue != PQ_NONE) {
603                 m->queue = PQ_NONE;
604                 pq = &vm_page_queues[queue];
605                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
606                 (*pq->cnt)--;
607                 pq->lcnt--;
608                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
609                         if (vm_paging_needed())
610                                 pagedaemon_wakeup();
611                 }
612         }
613 }
614
615 #if PQ_L2_SIZE > 1
616
617 /*
618  *      vm_page_list_find:
619  *
620  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
621  *
622  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
623  *      that does not overload other nearby pages in the object in
624  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
625  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
626  *      to be virtual.
627  *
628  *      This routine must be called at splvm().
629  *      This routine may not block.
630  *
631  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
632  *      in vm_page.h
633  */
634 vm_page_t
635 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
636 {
637         int i;
638         vm_page_t m = NULL;
639         struct vpgqueues *pq;
640
641         pq = &vm_page_queues[basequeue];
642
643         /*
644          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
645          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
646          * blown it by missing the cache case so we do not care.
647          */
648
649         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
650                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
651                         break;
652
653                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
654                         break;
655         }
656         return(m);
657 }
658
659 #endif
660
661 /*
662  *      vm_page_select_cache:
663  *
664  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
665  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
666  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
667  *
668  *      This routine must be called at splvm().
669  *      This routine may not block.
670  */
671 vm_page_t
672 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
673 {
674         vm_page_t m;
675
676         while (TRUE) {
677                 m = vm_page_list_find(
678                     PQ_CACHE,
679                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
680                     FALSE
681                 );
682                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
683                                m->hold_count || m->wire_count)) {
684                         vm_page_deactivate(m);
685                         continue;
686                 }
687                 return m;
688         }
689 }
690
691 /*
692  *      vm_page_select_free:
693  *
694  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
695  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
696  *      otherwise.
697  *
698  *      This routine must be called at splvm().
699  *      This routine may not block.
700  */
701
702 static __inline vm_page_t
703 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
704 {
705         vm_page_t m;
706
707         m = vm_page_list_find(
708                 PQ_FREE,
709                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
710                 prefer_zero
711         );
712         return(m);
713 }
714
715 /*
716  *      vm_page_alloc:
717  *
718  *      Allocate and return a memory cell associated
719  *      with this VM object/offset pair.
720  *
721  *      page_req classes:
722  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
723  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
724  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
725  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
726  *
727  *      Object must be locked.
728  *      This routine may not block.
729  *
730  *      Additional special handling is required when called from an
731  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
732  *      the page cache in this case.
733  */
734
735 vm_page_t
736 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
737 {
738         vm_page_t m = NULL;
739         int s;
740
741         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
742                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
743
744         /*
745          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
746          */
747
748         if ((curthread == pagethread) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
749                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
750         };
751
752         s = splvm();
753
754 loop:
755         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved) {
756                 /*
757                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
758                  * in it.
759                  */
760                 if (page_req == VM_ALLOC_ZERO)
761                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
762                 else
763                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
764         } else if (
765             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
766              cnt.v_cache_count == 0 && 
767              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
768             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)
769         ) {
770                 /*
771                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
772                  */
773                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
774         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
775                 /*
776                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
777                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
778                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
779                  */
780                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
781                 if (m == NULL) {
782                         splx(s);
783 #if defined(DIAGNOSTIC)
784                         if (cnt.v_cache_count > 0)
785                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
786 #endif
787                         vm_pageout_deficit++;
788                         pagedaemon_wakeup();
789                         return (NULL);
790                 }
791                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
792                 vm_page_busy(m);
793                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
794                 vm_page_free(m);
795                 goto loop;
796         } else {
797                 /*
798                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
799                  */
800                 splx(s);
801                 vm_pageout_deficit++;
802                 pagedaemon_wakeup();
803                 return (NULL);
804         }
805
806         /*
807          *  At this point we had better have found a good page.
808          */
809
810         KASSERT(
811             m != NULL,
812             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
813         );
814
815         /*
816          * Remove from free queue
817          */
818
819         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
820
821         /*
822          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
823          */
824
825         if (m->flags & PG_ZERO) {
826                 vm_page_zero_count--;
827                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
828         } else {
829                 m->flags = PG_BUSY;
830         }
831         m->wire_count = 0;
832         m->hold_count = 0;
833         m->act_count = 0;
834         m->busy = 0;
835         m->valid = 0;
836         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
837
838         /*
839          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
840          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
841          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
842          * anywhere.
843          */
844
845         vm_page_insert(m, object, pindex);
846
847         /*
848          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
849          * we would be nearly out of memory.
850          */
851         if (vm_paging_needed())
852                 pagedaemon_wakeup();
853
854         splx(s);
855
856         return (m);
857 }
858
859 /*
860  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
861  *
862  *      Block until free pages are available for allocation
863  *      - Called in various places before memory allocations.
864  */
865
866 void
867 vm_wait(void)
868 {
869         int s;
870
871         s = splvm();
872         if (curthread == pagethread) {
873                 vm_pageout_pages_needed = 1;
874                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "VMWait", 0);
875         } else {
876                 if (!vm_pages_needed) {
877                         vm_pages_needed = 1;
878                         wakeup(&vm_pages_needed);
879                 }
880                 tsleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
881         }
882         splx(s);
883 }
884
885 /*
886  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
887  *
888  *      Block until free pages are available for allocation
889  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
890  *        can be easily tracked.
891  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
892  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
893  *        this balance without careful testing first.
894  */
895
896 void
897 vm_waitpfault(void)
898 {
899         int s;
900
901         s = splvm();
902         if (!vm_pages_needed) {
903                 vm_pages_needed = 1;
904                 wakeup(&vm_pages_needed);
905         }
906         tsleep(&cnt.v_free_count, PUSER, "pfault", 0);
907         splx(s);
908 }
909
910 /*
911  *      vm_page_activate:
912  *
913  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
914  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
915  *      mess with it.
916  *
917  *      The page queues must be locked.
918  *      This routine may not block.
919  */
920 void
921 vm_page_activate(vm_page_t m)
922 {
923         int s;
924
925         s = splvm();
926         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
927                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
928                         cnt.v_reactivated++;
929
930                 vm_page_unqueue(m);
931
932                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
933                         m->queue = PQ_ACTIVE;
934                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
935                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
936                         if (m->act_count < ACT_INIT)
937                                 m->act_count = ACT_INIT;
938                         cnt.v_active_count++;
939                 }
940         } else {
941                 if (m->act_count < ACT_INIT)
942                         m->act_count = ACT_INIT;
943         }
944
945         splx(s);
946 }
947
948 /*
949  *      vm_page_free_wakeup:
950  *
951  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
952  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
953  *      queues.
954  *
955  *      This routine may not block.
956  *      This routine must be called at splvm()
957  */
958 static __inline void
959 vm_page_free_wakeup(void)
960 {
961         /*
962          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
963          * some free.
964          */
965         if (vm_pageout_pages_needed &&
966             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
967                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
968                 vm_pageout_pages_needed = 0;
969         }
970         /*
971          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
972          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
973          * lots of memory. this process will swapin processes.
974          */
975         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
976                 vm_pages_needed = 0;
977                 wakeup(&cnt.v_free_count);
978         }
979 }
980
981 /*
982  *      vm_page_free_toq:
983  *
984  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
985  *      disassociating it with any VM object.
986  *
987  *      Object and page must be locked prior to entry.
988  *      This routine may not block.
989  */
990
991 void
992 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
993 {
994         int s;
995         struct vpgqueues *pq;
996         vm_object_t object = m->object;
997
998         s = splvm();
999
1000         cnt.v_tfree++;
1001
1002         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1003                 printf(
1004                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1005                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1006                     m->hold_count);
1007                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1008                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1009                 else
1010                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1011         }
1012
1013         /*
1014          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1015          * the page here because we do not want to call the pager's
1016          * callback routine until after we've put the page on the
1017          * appropriate free queue.
1018          */
1019
1020         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1021         vm_page_remove(m);
1022
1023         /*
1024          * If fictitious remove object association and
1025          * return, otherwise delay object association removal.
1026          */
1027
1028         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1029                 splx(s);
1030                 return;
1031         }
1032
1033         m->valid = 0;
1034         vm_page_undirty(m);
1035
1036         if (m->wire_count != 0) {
1037                 if (m->wire_count > 1) {
1038                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1039                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1040                 }
1041                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1042         }
1043
1044         /*
1045          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1046          * it up.
1047          */
1048
1049         if (object && 
1050             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1051             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1052         ) {
1053                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1054
1055                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1056                         vfree(vp);
1057         }
1058
1059         /*
1060          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1061          */
1062
1063         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1064             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1065         } else {
1066 #ifdef __alpha__
1067             pmap_page_is_free(m);
1068 #endif
1069         }
1070
1071         if (m->hold_count != 0) {
1072                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1073                 m->queue = PQ_HOLD;
1074         } else
1075                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1076         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1077         pq->lcnt++;
1078         ++(*pq->cnt);
1079
1080         /*
1081          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1082          * first ) and non-zerod pages at the head.
1083          */
1084
1085         if (m->flags & PG_ZERO) {
1086                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1087                 ++vm_page_zero_count;
1088         } else {
1089                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1090         }
1091
1092         vm_page_free_wakeup();
1093
1094         splx(s);
1095 }
1096
1097 /*
1098  *      vm_page_unmanage:
1099  *
1100  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1101  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1102  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1103  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1104  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1105  *      operate on the page.
1106  *
1107  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1108  *      will clear the flag.
1109  *
1110  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1111  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1112  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1113  *      mappings.
1114  */
1115
1116 void
1117 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1118 {
1119         int s;
1120
1121         s = splvm();
1122         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1123                 if (m->wire_count == 0)
1124                         vm_page_unqueue(m);
1125         }
1126         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1127         splx(s);
1128 }
1129
1130 /*
1131  *      vm_page_wire:
1132  *
1133  *      Mark this page as wired down by yet
1134  *      another map, removing it from paging queues
1135  *      as necessary.
1136  *
1137  *      The page queues must be locked.
1138  *      This routine may not block.
1139  */
1140 void
1141 vm_page_wire(vm_page_t m)
1142 {
1143         int s;
1144
1145         /*
1146          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1147          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1148          * it is already off the queues).
1149          */
1150         s = splvm();
1151         if (m->wire_count == 0) {
1152                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1153                         vm_page_unqueue(m);
1154                 cnt.v_wire_count++;
1155         }
1156         m->wire_count++;
1157         KASSERT(m->wire_count != 0,
1158             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1159
1160         splx(s);
1161         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1162 }
1163
1164 /*
1165  *      vm_page_unwire:
1166  *
1167  *      Release one wiring of this page, potentially
1168  *      enabling it to be paged again.
1169  *
1170  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1171  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1172  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1173  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1174  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1175  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1176  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1177  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1178  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1179  *      reused more quickly.
1180  *
1181  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1182  *      put clean pages on the cache queue.
1183  *
1184  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1185  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1186  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1187  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1188  *
1189  *      The page queues must be locked.
1190  *      This routine may not block.
1191  */
1192 void
1193 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1194 {
1195         int s;
1196
1197         s = splvm();
1198
1199         if (m->wire_count > 0) {
1200                 m->wire_count--;
1201                 if (m->wire_count == 0) {
1202                         cnt.v_wire_count--;
1203                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1204                                 ;
1205                         } else if (activate) {
1206                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1207                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1208                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1209                                 cnt.v_active_count++;
1210                         } else {
1211                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1212                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1213                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1214                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1215                                 cnt.v_inactive_count++;
1216                         }
1217                 }
1218         } else {
1219                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1220         }
1221         splx(s);
1222 }
1223
1224
1225 /*
1226  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1227  * any associated swap, the swap is deallocated.
1228  *
1229  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1230  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1231  * except without unmapping it from the process address space.
1232  *
1233  * This routine may not block.
1234  */
1235 static __inline void
1236 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1237 {
1238         int s;
1239
1240         /*
1241          * Ignore if already inactive.
1242          */
1243         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1244                 return;
1245
1246         s = splvm();
1247         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1248                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1249                         cnt.v_reactivated++;
1250                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1251                 vm_page_unqueue(m);
1252                 if (athead)
1253                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1254                 else
1255                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1256                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1257                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1258                 cnt.v_inactive_count++;
1259         }
1260         splx(s);
1261 }
1262
1263 void
1264 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1265 {
1266     _vm_page_deactivate(m, 0);
1267 }
1268
1269 /*
1270  * vm_page_try_to_cache:
1271  *
1272  * Returns 0 on failure, 1 on success
1273  */
1274 int
1275 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1276 {
1277         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1278             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1279                 return(0);
1280         }
1281         vm_page_test_dirty(m);
1282         if (m->dirty)
1283                 return(0);
1284         vm_page_cache(m);
1285         return(1);
1286 }
1287
1288 /*
1289  * vm_page_try_to_free()
1290  *
1291  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1292  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1293  */
1294
1295 int
1296 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1297 {
1298         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1299             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1300                 return(0);
1301         }
1302         vm_page_test_dirty(m);
1303         if (m->dirty)
1304                 return(0);
1305         vm_page_busy(m);
1306         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1307         vm_page_free(m);
1308         return(1);
1309 }
1310
1311
1312 /*
1313  * vm_page_cache
1314  *
1315  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1316  *
1317  * This routine may not block.
1318  */
1319 void
1320 vm_page_cache(vm_page_t m)
1321 {
1322         int s;
1323
1324         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1325                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1326                 return;
1327         }
1328         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1329                 return;
1330
1331         /*
1332          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1333          * writeable or mapped.
1334          */
1335
1336         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1337         if (m->dirty != 0) {
1338                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1339                         (long)m->pindex);
1340         }
1341         s = splvm();
1342         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1343         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1344         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1345         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1346         cnt.v_cache_count++;
1347         vm_page_free_wakeup();
1348         splx(s);
1349 }
1350
1351 /*
1352  * vm_page_dontneed
1353  *
1354  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1355  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1356  *
1357  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1358  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1359  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1360  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1361  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1362  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1363  *
1364  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1365  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1366  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1367  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1368  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1369  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1370  *      often.
1371  */
1372
1373 void
1374 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1375 {
1376         static int dnweight;
1377         int dnw;
1378         int head;
1379
1380         dnw = ++dnweight;
1381
1382         /*
1383          * occassionally leave the page alone
1384          */
1385
1386         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1387             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1388             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1389         ) {
1390                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1391                         --m->act_count;
1392                 return;
1393         }
1394
1395         if (m->dirty == 0)
1396                 vm_page_test_dirty(m);
1397
1398         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1399                 /*
1400                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1401                  */
1402                 head = 0;
1403         } else {
1404                 /*
1405                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1406                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1407                  * at the head of the queue instead of the tail.
1408                  */
1409                 head = 1;
1410         }
1411         _vm_page_deactivate(m, head);
1412 }
1413
1414 /*
1415  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1416  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1417  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1418  *
1419  * This routine may block.
1420  */
1421 vm_page_t
1422 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1423 {
1424
1425         vm_page_t m;
1426         int s, generation;
1427
1428 retrylookup:
1429         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1430                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1431                         generation = object->generation;
1432
1433                         s = splvm();
1434                         while ((object->generation == generation) &&
1435                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1436                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1437                                 tsleep(m, PVM, "pgrbwt", 0);
1438                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1439                                         splx(s);
1440                                         return NULL;
1441                                 }
1442                         }
1443                         splx(s);
1444                         goto retrylookup;
1445                 } else {
1446                         vm_page_busy(m);
1447                         return m;
1448                 }
1449         }
1450
1451         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1452         if (m == NULL) {
1453                 VM_WAIT;
1454                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1455                         return NULL;
1456                 goto retrylookup;
1457         }
1458
1459         return m;
1460 }
1461
1462 /*
1463  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1464  * a page.  May not block.
1465  *
1466  * Inputs are required to range within a page.
1467  */
1468
1469 __inline int
1470 vm_page_bits(int base, int size)
1471 {
1472         int first_bit;
1473         int last_bit;
1474
1475         KASSERT(
1476             base + size <= PAGE_SIZE,
1477             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1478         );
1479
1480         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1481                 return(0);
1482
1483         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1484         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1485
1486         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1487 }
1488
1489 /*
1490  *      vm_page_set_validclean:
1491  *
1492  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1493  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1494  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1495  *      such chunks will be zero'd.
1496  *
1497  *      This routine may not block.
1498  *
1499  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1500  */
1501 void
1502 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1503 {
1504         int pagebits;
1505         int frag;
1506         int endoff;
1507
1508         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1509                 return;
1510
1511         /*
1512          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1513          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1514          * first block.
1515          */
1516
1517         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1518             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1519         ) {
1520                 pmap_zero_page_area(
1521                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1522                     frag,
1523                     base - frag
1524                 );
1525         }
1526
1527         /*
1528          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1529          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1530          * the last block.
1531          */
1532
1533         endoff = base + size;
1534
1535         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1536             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1537         ) {
1538                 pmap_zero_page_area(
1539                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1540                     endoff,
1541                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1542                 );
1543         }
1544
1545         /*
1546          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1547          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1548          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1549          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1550          * be set again.
1551          *
1552          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1553          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1554          * the range.
1555          */
1556
1557         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1558         m->valid |= pagebits;
1559 #if 0   /* NOT YET */
1560         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1561                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1562                 base += frag;
1563                 size -= frag;
1564                 if (size < 0)
1565                     size = 0;
1566         }
1567         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1568 #endif
1569         m->dirty &= ~pagebits;
1570         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1571                 pmap_clear_modify(m);
1572                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1573         }
1574 }
1575
1576 #if 0
1577
1578 void
1579 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1580 {
1581         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1582 }
1583
1584 #endif
1585
1586 void
1587 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1588 {
1589         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1590 }
1591
1592 /*
1593  *      vm_page_set_invalid:
1594  *
1595  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1596  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1597  *
1598  *      May not block.
1599  */
1600 void
1601 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1602 {
1603         int bits;
1604
1605         bits = vm_page_bits(base, size);
1606         m->valid &= ~bits;
1607         m->dirty &= ~bits;
1608         m->object->generation++;
1609 }
1610
1611 /*
1612  * vm_page_zero_invalid()
1613  *
1614  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1615  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1616  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1617  *      page so user code sees what it expects.
1618  *
1619  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1620  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1621  */
1622
1623 void
1624 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1625 {
1626         int b;
1627         int i;
1628
1629         /*
1630          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1631          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1632          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1633          * vm_page_set_validclean().
1634          */
1635
1636         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1637                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1638                     (m->valid & (1 << i))
1639                 ) {
1640                         if (i > b) {
1641                                 pmap_zero_page_area(
1642                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1643                                     b << DEV_BSHIFT,
1644                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1645                                 );
1646                         }
1647                         b = i + 1;
1648                 }
1649         }
1650
1651         /*
1652          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1653          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1654          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1655          */
1656
1657         if (setvalid)
1658                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1659 }
1660
1661 /*
1662  *      vm_page_is_valid:
1663  *
1664  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1665  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1666  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1667  *
1668  *      May not block.
1669  */
1670
1671 int
1672 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1673 {
1674         int bits = vm_page_bits(base, size);
1675
1676         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1677                 return 1;
1678         else
1679                 return 0;
1680 }
1681
1682 /*
1683  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1684  */
1685
1686 void
1687 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1688 {
1689         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1690                 vm_page_dirty(m);
1691         }
1692 }
1693
1694 /*
1695  * This interface is for merging with malloc() someday.
1696  * Even if we never implement compaction so that contiguous allocation
1697  * works after initialization time, malloc()'s data structures are good
1698  * for statistics and for allocations of less than a page.
1699  */
1700 void *
1701 contigmalloc1(
1702         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1703         struct malloc_type *type,
1704         int flags,
1705         unsigned long low,
1706         unsigned long high,
1707         unsigned long alignment,
1708         unsigned long boundary,
1709         vm_map_t map)
1710 {
1711         int i, s, start;
1712         vm_offset_t addr, phys, tmp_addr;
1713         int pass;
1714         vm_page_t pga = vm_page_array;
1715
1716         size = round_page(size);
1717         if (size == 0)
1718                 panic("contigmalloc1: size must not be 0");
1719         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
1720                 panic("contigmalloc1: alignment must be a power of 2");
1721         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
1722                 panic("contigmalloc1: boundary must be a power of 2");
1723
1724         start = 0;
1725         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
1726                 s = splvm();
1727 again:
1728                 /*
1729                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
1730                  * such that the boundary won't be crossed.
1731                  */
1732                 for (i = start; i < cnt.v_page_count; i++) {
1733                         int pqtype;
1734                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
1735                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1736                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
1737                             (phys >= low) && (phys < high) &&
1738                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
1739                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
1740                                 break;
1741                 }
1742
1743                 /*
1744                  * If the above failed or we will exceed the upper bound, fail.
1745                  */
1746                 if ((i == cnt.v_page_count) ||
1747                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
1748                         vm_page_t m, next;
1749
1750 again1:
1751                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl);
1752                                 m != NULL;
1753                                 m = next) {
1754
1755                                 KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
1756                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_INACTIVE", m));
1757
1758                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1759                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
1760                                         goto again1;
1761                                 vm_page_test_dirty(m);
1762                                 if (m->dirty) {
1763                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1764                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1765                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1766                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1767                                                 goto again1;
1768                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1769                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1770                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1771                                                 goto again1;
1772                                         }
1773                                 }
1774                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1775                                         vm_page_cache(m);
1776                         }
1777
1778                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl);
1779                                 m != NULL;
1780                                 m = next) {
1781
1782                                 KASSERT(m->queue == PQ_ACTIVE,
1783                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_ACTIVE", m));
1784
1785                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1786                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw1"))
1787                                         goto again1;
1788                                 vm_page_test_dirty(m);
1789                                 if (m->dirty) {
1790                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1791                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1792                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1793                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1794                                                 goto again1;
1795                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1796                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1797                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1798                                                 goto again1;
1799                                         }
1800                                 }
1801                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1802                                         vm_page_cache(m);
1803                         }
1804
1805                         splx(s);
1806                         continue;
1807                 }
1808                 start = i;
1809
1810                 /*
1811                  * Check successive pages for contiguous and free.
1812                  */
1813                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1814                         int pqtype;
1815                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1816                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
1817                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
1818                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
1819                                 start++;
1820                                 goto again;
1821                         }
1822                 }
1823
1824                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1825                         int pqtype;
1826                         vm_page_t m = &pga[i];
1827
1828                         pqtype = m->queue - m->pc;
1829                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
1830                                 vm_page_busy(m);
1831                                 vm_page_free(m);
1832                         }
1833                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1834                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1835                         if (m->flags & PG_ZERO)
1836                                 vm_page_zero_count--;
1837                         m->flags = 0;
1838                         KASSERT(m->dirty == 0, ("contigmalloc1: page %p was dirty", m));
1839                         m->wire_count = 0;
1840                         m->busy = 0;
1841                         m->object = NULL;
1842                 }
1843
1844                 /*
1845                  * We've found a contiguous chunk that meets are requirements.
1846                  * Allocate kernel VM, unfree and assign the physical pages to it and
1847                  * return kernel VM pointer.
1848                  */
1849                 vm_map_lock(map);
1850                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) !=
1851                     KERN_SUCCESS) {
1852                         /*
1853                          * XXX We almost never run out of kernel virtual
1854                          * space, so we don't make the allocated memory
1855                          * above available.
1856                          */
1857                         vm_map_unlock(map);
1858                         splx(s);
1859                         return (NULL);
1860                 }
1861                 vm_object_reference(kernel_object);
1862                 vm_map_insert(map, kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
1863                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
1864                 vm_map_unlock(map);
1865
1866                 tmp_addr = addr;
1867                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1868                         vm_page_t m = &pga[i];
1869                         vm_page_insert(m, kernel_object,
1870                                 OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
1871                         tmp_addr += PAGE_SIZE;
1872                 }
1873                 vm_map_pageable(map, addr, addr + size, FALSE);
1874
1875                 splx(s);
1876                 return ((void *)addr);
1877         }
1878         return NULL;
1879 }
1880
1881 void *
1882 contigmalloc(
1883         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1884         struct malloc_type *type,
1885         int flags,
1886         unsigned long low,
1887         unsigned long high,
1888         unsigned long alignment,
1889         unsigned long boundary)
1890 {
1891         return contigmalloc1(size, type, flags, low, high, alignment, boundary,
1892                              kernel_map);
1893 }
1894
1895 void
1896 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
1897 {
1898         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
1899 }
1900
1901 vm_offset_t
1902 vm_page_alloc_contig(
1903         vm_offset_t size,
1904         vm_offset_t low,
1905         vm_offset_t high,
1906         vm_offset_t alignment)
1907 {
1908         return ((vm_offset_t)contigmalloc1(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low, high,
1909                                           alignment, 0ul, kernel_map));
1910 }
1911
1912 #include "opt_ddb.h"
1913 #ifdef DDB
1914 #include <sys/kernel.h>
1915
1916 #include <ddb/ddb.h>
1917
1918 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1919 {
1920         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
1921         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
1922         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
1923         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
1924         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
1925         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
1926         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
1927         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
1928         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
1929         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
1930 }
1931
1932 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1933 {
1934         int i;
1935         db_printf("PQ_FREE:");
1936         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1937                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1938         }
1939         db_printf("\n");
1940                 
1941         db_printf("PQ_CACHE:");
1942         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1943                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1944         }
1945         db_printf("\n");
1946
1947         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1948                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1949                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1950 }
1951 #endif /* DDB */