c47761fa157cf07e4b815dc9aa11aaed3296cfab
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76 #include <sys/alist.h>
77 #include <sys/sysctl.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/swap_pager.h>
91
92 #include <machine/inttypes.h>
93 #include <machine/md_var.h>
94
95 #include <vm/vm_page2.h>
96 #include <sys/spinlock2.h>
97
98 #define VMACTION_HSIZE  256
99 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
100
101 static void vm_page_queue_init(void);
102 static void vm_page_free_wakeup(void);
103 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
104 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
105 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
106
107 /*
108  * Array of tailq lists
109  */
110 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
111
112 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
113 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
114 static volatile int vm_pages_waiting;
115
116 static struct alist vm_contig_alist;
117 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
118 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin);
119
120 static u_long vm_dma_reserved = 0;
121 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
122 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
123             "Memory reserved for DMA");
124 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
125             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
126
127 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
128              vm_pindex_t, pindex);
129
130 static void
131 vm_page_queue_init(void) 
132 {
133         int i;
134
135         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
136                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
137         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
138                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
139         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
140                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
141         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
142                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
143         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
144                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
145         /* PQ_NONE has no queue */
146
147         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
148                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
149                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin);
150         }
151
152         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
153                 LIST_INIT(&action_list[i]);
154 }
155
156 /*
157  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
158  */
159 long first_page = 0;
160 int vm_page_array_size = 0;
161 int vm_page_zero_count = 0;
162 vm_page_t vm_page_array = NULL;
163 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
164
165 /*
166  * (low level boot)
167  *
168  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
169  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
170  */
171 void
172 vm_set_page_size(void)
173 {
174         if (vmstats.v_page_size == 0)
175                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
176         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
177                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
178 }
179
180 /*
181  * (low level boot)
182  *
183  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
184  * are added to both the head and tail of the associated free page
185  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
186  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
187  *
188  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
189  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
190  *
191  * Must be called in a critical section.
192  */
193 static void
194 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
195 {
196         struct vpgqueues *vpq;
197         vm_page_t m;
198
199         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
200         m->phys_addr = pa;
201         m->flags = 0;
202         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
203 #ifdef SMP
204         /*
205          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
206          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
207          */
208         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
209         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
210 #endif
211         /*
212          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
213          * contigmalloc() to use.
214          */
215         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
216                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
217                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
218                 m->queue = PQ_NONE;
219                 m->wire_count = 1;
220                 atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
221                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
222                 return;
223         }
224
225         /*
226          * General page
227          */
228         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
229         KKASSERT(m->dirty == 0);
230
231         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
232         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
233         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
234         if ((vpq->flipflop & 15) == 0) {
235                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
236                 m->flags |= PG_ZERO;
237                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
238                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
239         } else {
240                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
241         }
242         ++vpq->flipflop;
243         ++vpq->lcnt;
244 }
245
246 /*
247  * (low level boot)
248  *
249  * Initializes the resident memory module.
250  *
251  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
252  * kernel_map becoming available.
253  *
254  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
255  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
256  *
257  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
258  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
259  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
260  */
261 void
262 vm_page_startup(void)
263 {
264         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
265         vm_offset_t mapped;
266         vm_size_t npages;
267         vm_paddr_t page_range;
268         vm_paddr_t new_end;
269         int i;
270         vm_paddr_t pa;
271         int nblocks;
272         vm_paddr_t last_pa;
273         vm_paddr_t end;
274         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
275         vm_paddr_t total;
276
277         total = 0;
278         biggestsize = 0;
279         biggestone = 0;
280         nblocks = 0;
281         vaddr = round_page(vaddr);
282
283         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
284                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
285                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
286         }
287
288         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
289                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
290
291                 if (size > biggestsize) {
292                         biggestone = i;
293                         biggestsize = size;
294                 }
295                 ++nblocks;
296                 total += size;
297         }
298
299         end = phys_avail[biggestone+1];
300         end = trunc_page(end);
301
302         /*
303          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
304          * and the inactive queue.
305          */
306         vm_page_queue_init();
307
308 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
309         /*
310          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
311          * vm_page_dump
312          *
313          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
314          * needs to be included in a minidump.
315          *
316          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
317          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
318          *
319          * However, i386 still needs this workspace internally within the
320          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
321          * included should the sf_buf code decide to use them.
322          */
323         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
324         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
325         end -= vm_page_dump_size;
326         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
327             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
328         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
329 #endif
330         /*
331          * Compute the number of pages of memory that will be available for
332          * use (taking into account the overhead of a page structure per
333          * page).
334          */
335         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
336         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
337         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
338
339 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
340         /*
341          * (only applies to real kernels)
342          *
343          * Initialize the contiguous reserve map.  We initially reserve up
344          * to 1/4 available physical memory or 65536 pages (~256MB), whichever
345          * is lower.
346          *
347          * Once device initialization is complete we return most of the
348          * reserved memory back to the normal page queues but leave some
349          * in reserve for things like usb attachments.
350          */
351         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
352         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
353                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
354         if (vm_dma_reserved == 0) {
355                 vm_dma_reserved = 16 * 1024 * 1024;     /* 16MB */
356                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
357                         vm_dma_reserved = total / 16;
358         }
359 #endif
360         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
361                    ALIST_RECORDS_65536);
362
363         /*
364          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
365          * queue.
366          */
367         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
368         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
369         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
370
371 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
372         /*
373          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
374          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
375          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
376          */
377         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
378                 dump_add_page(pa);
379 #endif
380
381         /*
382          * Clear all of the page structures
383          */
384         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
385         vm_page_array_size = page_range;
386
387         /*
388          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
389          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
390          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
391          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
392          */
393         vmstats.v_page_count = 0;
394         vmstats.v_free_count = 0;
395         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
396                 pa = phys_avail[i];
397                 if (i == biggestone)
398                         last_pa = new_end;
399                 else
400                         last_pa = phys_avail[i + 1];
401                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
402                         vm_add_new_page(pa);
403                         pa += PAGE_SIZE;
404                 }
405         }
406         if (virtual2_start)
407                 virtual2_start = vaddr;
408         else
409                 virtual_start = vaddr;
410 }
411
412 /*
413  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
414  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
415  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
416  * allocations.
417  *
418  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
419  */
420 static void
421 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
422 {
423         alist_blk_t blk;
424         alist_blk_t rblk;
425         alist_blk_t count;
426         alist_blk_t xcount;
427         alist_blk_t bfree;
428         vm_page_t m;
429
430         spin_lock(&vm_contig_spin);
431         for (;;) {
432                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
433                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
434                         break;
435                 if (count == 0)
436                         break;
437
438                 /*
439                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
440                  * free in order to reach our target.
441                  */
442                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
443                 if (count > bfree) {
444                         blk += count - bfree;
445                         count = bfree;
446                 }
447
448                 /*
449                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
450                  */
451                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
452                         ;
453                 xcount >>= 1;
454                 blk += count - xcount;
455                 count = xcount;
456
457                 /*
458                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
459                  * the normal VM page queues.
460                  *
461                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
462                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
463                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
464                  * confusion.
465                  */
466                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
467                 if (rblk != blk) {
468                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
469                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
470                                 blk, count, rblk);
471                         break;
472                 }
473                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
474                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
475
476                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
477                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
478                 while (count) {
479                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
480                         vm_page_unwire(m, 0);
481                         vm_page_free(m);
482                         --count;
483                         ++m;
484                 }
485                 spin_lock(&vm_contig_spin);
486         }
487         spin_unlock(&vm_contig_spin);
488
489         /*
490          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
491          * how much is left over.
492          */
493         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
494                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
495                 (PAGE_SIZE / 1024),
496                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
497 }
498 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
499         vm_page_startup_finish, NULL)
500
501
502 /*
503  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
504  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
505  */
506 int
507 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
508 {
509         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
510
511         if (p->pindex < info->start_pindex)
512                 return(-1);
513         if (p->pindex > info->end_pindex)
514                 return(1);
515         return(0);
516 }
517
518 int
519 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
520 {
521         if (p1->pindex < p2->pindex)
522                 return(-1);
523         if (p1->pindex > p2->pindex)
524                 return(1);
525         return(0);
526 }
527
528 /*
529  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
530  * allocating and freeing pages at least.
531  *
532  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
533  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
534  * unless both the page and queue are locked.
535  */
536 static __inline
537 void
538 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
539 {
540         u_short queue;
541
542         queue = m->queue;
543         if (queue != PQ_NONE) {
544                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
545                 KKASSERT(queue == m->queue);
546         }
547 }
548
549 static __inline
550 void
551 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
552 {
553         u_short queue;
554
555         queue = m->queue;
556         cpu_ccfence();
557         if (queue != PQ_NONE)
558                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
559 }
560
561 static __inline
562 void
563 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
564 {
565         cpu_ccfence();
566         if (queue != PQ_NONE)
567                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
568 }
569
570
571 static __inline
572 void
573 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
574 {
575         cpu_ccfence();
576         if (queue != PQ_NONE)
577                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
578 }
579
580 void
581 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
582 {
583         _vm_page_queue_spin_lock(m);
584 }
585
586 void
587 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
588 {
589         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
590 }
591
592 void
593 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
594 {
595         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
596 }
597
598 void
599 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
600 {
601         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
602 }
603
604 /*
605  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
606  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
607  * recheck on return.
608  */
609 static __inline
610 void
611 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
612 {
613         vm_page_spin_lock(m);
614         _vm_page_queue_spin_lock(m);
615 }
616
617 static __inline
618 void
619 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
620 {
621         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
622         vm_page_spin_unlock(m);
623 }
624
625 void
626 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
627 {
628         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
629 }
630
631 void
632 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
633 {
634         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
635 }
636
637 /*
638  * Helper function removes vm_page from its current queue.
639  * Returns the base queue the page used to be on.
640  *
641  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
642  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
643  */
644 static __inline u_short
645 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
646 {
647         struct vpgqueues *pq;
648         u_short queue;
649
650         queue = m->queue;
651         if (queue != PQ_NONE) {
652                 pq = &vm_page_queues[queue];
653                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
654                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
655                 pq->lcnt--;
656                 m->queue = PQ_NONE;
657                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
658                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
659                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
660                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
661                         return (queue - m->pc);
662         }
663         return queue;
664 }
665
666 /*
667  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
668  *
669  * The vm_page must be spinlocked.
670  * This function will return with both the page and the queue locked.
671  */
672 static __inline void
673 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
674 {
675         struct vpgqueues *pq;
676
677         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
678
679         if (queue != PQ_NONE) {
680                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
681                 pq = &vm_page_queues[queue];
682                 ++pq->lcnt;
683                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
684                 m->queue = queue;
685
686                 /*
687                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
688                  * first ) and non-zerod pages at the head.
689                  */
690                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
691                         if (m->flags & PG_ZERO) {
692                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
693                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
694                         } else {
695                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
696                         }
697                 } else if (athead) {
698                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
699                 } else {
700                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
701                 }
702                 /* leave the queue spinlocked */
703         }
704 }
705
706 /*
707  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
708  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
709  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
710  *
711  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
712  * guaranteed to be available.
713  */
714 void
715 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
716 {
717         u_int32_t flags;
718
719         for (;;) {
720                 flags = m->flags;
721                 cpu_ccfence();
722
723                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
724                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
725                         break;
726                 }
727                 tsleep_interlock(m, 0);
728                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
729                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
730                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
731                         break;
732                 }
733         }
734 }
735
736 /*
737  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
738  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
739  */
740 void
741 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
742                                      int also_m_busy, const char *msg
743                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
744 {
745         u_int32_t flags;
746
747         for (;;) {
748                 flags = m->flags;
749                 cpu_ccfence();
750                 if (flags & PG_BUSY) {
751                         tsleep_interlock(m, 0);
752                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
753                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
754                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
755                         }
756                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
757                         tsleep_interlock(m, 0);
758                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
759                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
760                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
761                         }
762                 } else {
763                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
764                                               flags | PG_BUSY)) {
765 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
766                                 m->busy_func = func;
767                                 m->busy_line = lineno;
768 #endif
769                                 break;
770                         }
771                 }
772         }
773 }
774
775 /*
776  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
777  * is also 0.
778  *
779  * Returns non-zero on failure.
780  */
781 int
782 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
783                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
784 {
785         u_int32_t flags;
786
787         for (;;) {
788                 flags = m->flags;
789                 cpu_ccfence();
790                 if (flags & PG_BUSY)
791                         return TRUE;
792                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
793                         return TRUE;
794                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
795 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
796                                 m->busy_func = func;
797                                 m->busy_line = lineno;
798 #endif
799                         return FALSE;
800                 }
801         }
802 }
803
804 /*
805  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
806  * that a wakeup() should be performed.
807  *
808  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
809  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
810  *
811  * (inline version)
812  */
813 static __inline
814 int
815 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
816 {
817         u_int32_t flags;
818
819         for (;;) {
820                 flags = m->flags;
821                 cpu_ccfence();
822                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
823                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
824                         break;
825                 }
826         }
827         return(flags & PG_WANTED);
828 }
829
830 /*
831  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
832  * is typically the last call you make on a page before moving onto
833  * other things.
834  */
835 void
836 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
837 {
838         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
839         vm_page_spin_lock(m);
840         if (_vm_page_wakeup(m)) {
841                 vm_page_spin_unlock(m);
842                 wakeup(m);
843         } else {
844                 vm_page_spin_unlock(m);
845         }
846 }
847
848 /*
849  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
850  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
851  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
852  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
853  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
854  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
855  * page from being disassociated from its object too).
856  *
857  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
858  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
859  * before manipulating the page.
860  *
861  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
862  */
863 void
864 vm_page_hold(vm_page_t m)
865 {
866         vm_page_spin_lock(m);
867         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
868         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
869                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
870                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
871                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
872                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
873         }
874         vm_page_spin_unlock(m);
875 }
876
877 /*
878  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
879  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
880  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
881  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
882  */
883 void
884 vm_page_unhold(vm_page_t m)
885 {
886         vm_page_spin_lock(m);
887         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
888         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
889                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
890                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
891                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
892                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
893         }
894         vm_page_spin_unlock(m);
895 }
896
897 /*
898  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
899  *
900  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
901  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
902  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
903  * here so we *can't* do this anyway.
904  *
905  * This routine may not block.
906  * This routine must be called with the vm_object held.
907  * This routine must be called with a critical section held.
908  *
909  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
910  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
911  */
912 int
913 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
914 {
915         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
916         if (m->object != NULL)
917                 panic("vm_page_insert: already inserted");
918
919         object->generation++;
920
921         /*
922          * Record the object/offset pair in this page and add the
923          * pv_list_count of the page to the object.
924          *
925          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
926          */
927         vm_page_spin_lock(m);
928         m->object = object;
929         m->pindex = pindex;
930         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
931                 m->object = NULL;
932                 m->pindex = 0;
933                 vm_page_spin_unlock(m);
934                 return FALSE;
935         }
936         object->resident_page_count++;
937         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
938         vm_page_spin_unlock(m);
939
940         /*
941          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
942          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
943          */
944         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
945                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
946
947         /*
948          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
949          */
950         swap_pager_page_inserted(m);
951         return TRUE;
952 }
953
954 /*
955  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
956  *
957  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
958  * This routine may not block.
959  *
960  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
961  * No other requirements.
962  *
963  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
964  *       it busy.
965  */
966 void
967 vm_page_remove(vm_page_t m)
968 {
969         vm_object_t object;
970
971         if (m->object == NULL) {
972                 return;
973         }
974
975         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
976                 panic("vm_page_remove: page not busy");
977
978         object = m->object;
979
980         vm_object_hold(object);
981
982         /*
983          * Remove the page from the object and update the object.
984          *
985          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
986          */
987         vm_page_spin_lock(m);
988         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
989         object->resident_page_count--;
990         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
991         m->object = NULL;
992         vm_page_spin_unlock(m);
993
994         object->generation++;
995
996         vm_object_drop(object);
997 }
998
999 /*
1000  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1001  * page could not be found.
1002  *
1003  * The caller must hold the vm_object token.
1004  */
1005 vm_page_t
1006 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1007 {
1008         vm_page_t m;
1009
1010         /*
1011          * Search the hash table for this object/offset pair
1012          */
1013         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1014         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1015         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1016         return(m);
1017 }
1018
1019 vm_page_t
1020 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1021                                             vm_pindex_t pindex,
1022                                             int also_m_busy, const char *msg
1023                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1024 {
1025         u_int32_t flags;
1026         vm_page_t m;
1027
1028         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1029         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1030         while (m) {
1031                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1032                 flags = m->flags;
1033                 cpu_ccfence();
1034                 if (flags & PG_BUSY) {
1035                         tsleep_interlock(m, 0);
1036                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1037                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1038                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1039                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1040                                                               pindex);
1041                         }
1042                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1043                         tsleep_interlock(m, 0);
1044                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1045                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1046                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1047                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1048                                                               pindex);
1049                         }
1050                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1051                                              flags | PG_BUSY)) {
1052 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1053                         m->busy_func = func;
1054                         m->busy_line = lineno;
1055 #endif
1056                         break;
1057                 }
1058         }
1059         return m;
1060 }
1061
1062 /*
1063  * Attempt to lookup and busy a page.
1064  *
1065  * Returns NULL if the page could not be found
1066  *
1067  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1068  * be busied.
1069  *
1070  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1071  */
1072 vm_page_t
1073 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1074                                            vm_pindex_t pindex,
1075                                            int also_m_busy, int *errorp
1076                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1077 {
1078         u_int32_t flags;
1079         vm_page_t m;
1080
1081         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1082         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1083         *errorp = FALSE;
1084         while (m) {
1085                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1086                 flags = m->flags;
1087                 cpu_ccfence();
1088                 if (flags & PG_BUSY) {
1089                         *errorp = TRUE;
1090                         break;
1091                 }
1092                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1093                         *errorp = TRUE;
1094                         break;
1095                 }
1096                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1097 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1098                         m->busy_func = func;
1099                         m->busy_line = lineno;
1100 #endif
1101                         break;
1102                 }
1103         }
1104         return m;
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Caller must hold the related vm_object
1109  */
1110 vm_page_t
1111 vm_page_next(vm_page_t m)
1112 {
1113         vm_page_t next;
1114
1115         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1116         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1117                 next = NULL;
1118         return (next);
1119 }
1120
1121 /*
1122  * vm_page_rename()
1123  *
1124  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1125  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1126  * on return.
1127  *
1128  * new_object must be held.
1129  * This routine might block. XXX ?
1130  *
1131  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1132  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1133  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1134  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1135  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1136  *
1137  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1138  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1139  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1140  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1141  *       on the cache.
1142  */
1143 void
1144 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1145 {
1146         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1147         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(new_object));
1148         if (m->object) {
1149                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(m->object));
1150                 vm_page_remove(m);
1151         }
1152         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1153                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1154                       new_object, new_pindex);
1155         }
1156         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1157                 vm_page_deactivate(m);
1158         vm_page_dirty(m);
1159 }
1160
1161 /*
1162  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1163  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1164  * caller.
1165  *
1166  * This routine may not block.
1167  */
1168 void
1169 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1170 {
1171         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1172         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1173         vm_page_spin_unlock(m);
1174 }
1175
1176 /*
1177  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1178  * if necessary.
1179  *
1180  * This routine may not block.
1181  */
1182 void
1183 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1184 {
1185         u_short queue;
1186
1187         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1188         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1189         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1190                 vm_page_spin_unlock(m);
1191                 pagedaemon_wakeup();
1192         } else {
1193                 vm_page_spin_unlock(m);
1194         }
1195 }
1196
1197 /*
1198  * vm_page_list_find()
1199  *
1200  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1201  *
1202  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1203  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1204  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1205  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1206  *
1207  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1208  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1209  * This is done by 'twisting' the colors.
1210  *
1211  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1212  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1213  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1214  * deactivating the page and looping).
1215  *
1216  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1217  *        is available for outside callers but the only critical path is
1218  *        from within this source file.
1219  *
1220  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1221  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1222  *        first, then queue.
1223  */
1224 static __inline
1225 vm_page_t
1226 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1227 {
1228         vm_page_t m;
1229
1230         for (;;) {
1231                 if (prefer_zero)
1232                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1233                 else
1234                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1235                 if (m == NULL) {
1236                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1237                         return(m);
1238                 }
1239                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1240                 if (m->queue == basequeue + index) {
1241                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1242                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1243                         break;
1244                 }
1245                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1246         }
1247         return(m);
1248 }
1249
1250 static vm_page_t
1251 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1252 {
1253         int i;
1254         vm_page_t m = NULL;
1255         struct vpgqueues *pq;
1256
1257         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1258
1259         /*
1260          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1261          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1262          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1263          */
1264         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1265                 for (;;) {
1266                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1267                         if (m) {
1268                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1269                                 if (m->queue ==
1270                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1271                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1272                                         return(m);
1273                                 }
1274                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1275                                 continue;
1276                         }
1277                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1278                         if (m) {
1279                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1280                                 if (m->queue ==
1281                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1282                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1283                                         return(m);
1284                                 }
1285                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1286                                 continue;
1287                         }
1288                         break;  /* next i */
1289                 }
1290         }
1291         return(m);
1292 }
1293
1294 /*
1295  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1296  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1297  * deactivate it if it cannot be busied!)
1298  *
1299  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1300  */
1301 vm_page_t
1302 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1303 {
1304         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1305 }
1306
1307 /*
1308  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1309  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1310  *
1311  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1312  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1313  *
1314  * This routine may not block.
1315  *
1316  */
1317 static vm_page_t
1318 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1319 {
1320         vm_page_t m;
1321
1322         for (;;) {
1323                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1324                 if (m == NULL)
1325                         break;
1326                 /*
1327                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1328                  */
1329                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1330                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1331                         vm_page_spin_unlock(m);
1332 #ifdef INVARIANTS
1333                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1334 #endif
1335                 } else {
1336                         /*
1337                          * We successfully busied the page
1338                          */
1339                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1340                             m->hold_count == 0 &&
1341                             m->wire_count == 0 &&
1342                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1343                                 vm_page_spin_unlock(m);
1344                                 pagedaemon_wakeup();
1345                                 return(m);
1346                         }
1347
1348                         /*
1349                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1350                          */
1351                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1352                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1353                                 vm_page_spin_unlock(m);
1354                                 wakeup(m);
1355                         } else {
1356                                 vm_page_spin_unlock(m);
1357                         }
1358                 }
1359         }
1360         return (m);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1365  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1366  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1367  *
1368  * This routine may not block.
1369  */
1370 static __inline vm_page_t
1371 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1372 {
1373         vm_page_t m;
1374
1375         for (;;) {
1376                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1377                                        prefer_zero);
1378                 if (m == NULL)
1379                         break;
1380                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1381                         /*
1382                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1383                          * result in a busy page on the free queue.  We
1384                          * have to move the page out of the way so we can
1385                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1386                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1387                          * the pageout daemon will free the page later on.
1388                          *
1389                          * Since we could not busy the page, however, we
1390                          * cannot make assumptions as to whether the page
1391                          * will be allocated by the other thread or not,
1392                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1393                          * of the way.  In particular, if the other thread
1394                          * wires the page it may wind up on the inactive
1395                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1396                          * with that case too.
1397                          */
1398                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1399                         vm_page_spin_unlock(m);
1400 #ifdef INVARIANTS
1401                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1402 #endif
1403                 } else {
1404                         /*
1405                          * Theoretically if we are able to busy the page
1406                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1407                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1408                          * page before us.
1409                          */
1410                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1411                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1412                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1413                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1414                         vm_page_spin_unlock(m);
1415                         pagedaemon_wakeup();
1416
1417                         /* return busied and removed page */
1418                         return(m);
1419                 }
1420         }
1421         return(m);
1422 }
1423
1424 /*
1425  * This implements a per-cpu cache of free, zero'd, ready-to-go pages.
1426  * The idea is to populate this cache prior to acquiring any locks so
1427  * we don't wind up potentially zeroing VM pages (under heavy loads) while
1428  * holding potentialy contending locks.
1429  *
1430  * Note that we allocate the page uninserted into anything and use a pindex
1431  * of 0, the vm_page_alloc() will effectively add gd_cpuid so these
1432  * allocations should wind up being uncontended.  However, we still want
1433  * to rove across PQ_L2_SIZE.
1434  */
1435 void
1436 vm_page_pcpu_cache(void)
1437 {
1438 #if 0
1439         globaldata_t gd = mycpu;
1440         vm_page_t m;
1441
1442         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MINVMPG) {
1443                 crit_enter_gd(gd);
1444                 while (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1445                         m = vm_page_alloc(NULL, ticks & ~ncpus2_mask,
1446                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_NORMAL |
1447                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_ZERO);
1448                         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1449                                 if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1450                                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1451                                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
1452                                 }
1453                                 gd->gd_vmpg_array[gd->gd_vmpg_count++] = m;
1454                         } else {
1455                                 vm_page_free(m);
1456                         }
1457                 }
1458                 crit_exit_gd(gd);
1459         }
1460 #endif
1461 }
1462
1463 /*
1464  * vm_page_alloc()
1465  *
1466  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1467  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1468  *
1469  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1470  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1471  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1472  *
1473  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1474  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1475  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1476  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1477  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1478  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1479  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1480  *                              (see vm_page_grab())
1481  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1482  *
1483  * The object must be held if not NULL
1484  * This routine may not block
1485  *
1486  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1487  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1488  * in this case.
1489  */
1490 vm_page_t
1491 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1492 {
1493 #ifdef SMP
1494         globaldata_t gd = mycpu;
1495 #endif
1496         vm_object_t obj;
1497         vm_page_t m;
1498         u_short pg_color;
1499
1500 #if 0
1501         /*
1502          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1503          * and pre-zerod for us.
1504          */
1505         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1506                 crit_enter_gd(gd);
1507                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1508                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1509                         crit_exit_gd(gd);
1510                         goto done;
1511                 }
1512                 crit_exit_gd(gd);
1513         }
1514 #endif
1515         m = NULL;
1516
1517 #ifdef SMP
1518         /*
1519          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1520          */
1521         if (object) {
1522                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1523                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1524         } else {
1525                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1526         }
1527 #else
1528         /*
1529          * Normal page coloring algorithm
1530          */
1531         if (object) {
1532                 pg_color = object->pg_color + pindex;
1533         } else {
1534                 pg_color = pindex;
1535         }
1536 #endif
1537         KKASSERT(page_req & 
1538                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1539                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1540
1541         /*
1542          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1543          * allowed to eat deeper into the free page list.
1544          */
1545         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1546                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1547
1548 loop:
1549         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1550             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1551             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1552                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1553         ) {
1554                 /*
1555                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1556                  */
1557                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1558                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1559                 else
1560                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1561         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1562                 /*
1563                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1564                  * success, we must free the page and try again, thus
1565                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1566                  */
1567 #ifdef INVARIANTS
1568                 if (curthread->td_preempted) {
1569                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1570                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1571                         m = NULL;
1572                 } else {
1573                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1574                 }
1575 #else
1576                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1577 #endif
1578                 /*
1579                  * On success move the page into the free queue and loop.
1580                  *
1581                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1582                  * because this is effectively a random page and the caller
1583                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1584                  * deadlock.
1585                  */
1586                 if (m != NULL) {
1587                         KASSERT(m->dirty == 0,
1588                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1589                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1590                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1591                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1592                                         vm_page_free(m);
1593                                         /* m->object NULL here */
1594                                         vm_object_drop(obj);
1595                                 } else {
1596                                         vm_page_deactivate(m);
1597                                         vm_page_wakeup(m);
1598                                 }
1599                         } else {
1600                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1601                                 vm_page_free(m);
1602                         }
1603                         goto loop;
1604                 }
1605
1606                 /*
1607                  * On failure return NULL
1608                  */
1609 #if defined(DIAGNOSTIC)
1610                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1611                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1612 #endif
1613                 vm_pageout_deficit++;
1614                 pagedaemon_wakeup();
1615                 return (NULL);
1616         } else {
1617                 /*
1618                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1619                  */
1620                 vm_pageout_deficit++;
1621                 pagedaemon_wakeup();
1622                 return (NULL);
1623         }
1624
1625         /*
1626          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1627          * page.
1628          */
1629         if (m == NULL)
1630                 goto loop;
1631
1632         /*
1633          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1634          * removed from its queues.
1635          */
1636         KASSERT(m->dirty == 0,
1637                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1638         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1639
1640 #if 0
1641 done:
1642 #endif
1643         /*
1644          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1645          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1646          */
1647         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1648         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1649         KKASSERT(m->busy == 0);
1650         m->act_count = 0;
1651         m->valid = 0;
1652
1653         /*
1654          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1655          * vm_page_insert()).
1656          *
1657          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1658          *       (which could cause us to block allocating memory).
1659          *
1660          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1661          *       can be used by the caller for any purpose.
1662          */
1663         if (object) {
1664                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1665                         kprintf("PAGE RACE (%p:%d,%"PRIu64")\n",
1666                                 object, object->type, pindex);
1667                         vm_page_free(m);
1668                         m = NULL;
1669                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1670                                 panic("PAGE RACE");
1671                 }
1672         } else {
1673                 m->pindex = pindex;
1674         }
1675
1676         /*
1677          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1678          * we would be nearly out of memory.
1679          */
1680         pagedaemon_wakeup();
1681
1682         /*
1683          * A PG_BUSY page is returned.
1684          */
1685         return (m);
1686 }
1687
1688 /*
1689  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1690  * requirements.
1691  */
1692 vm_page_t
1693 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1694                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1695                      unsigned long size)
1696 {
1697         alist_blk_t blk;
1698
1699         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1700         if (alignment == 0)
1701                 alignment = 1;
1702         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1703         if (boundary == 0)
1704                 boundary = 1;
1705         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1706
1707         spin_lock(&vm_contig_spin);
1708         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1709         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1710                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1711                 if (bootverbose) {
1712                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1713                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1714                 }
1715                 return(NULL);
1716         }
1717         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1718                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1719                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1720                 if (bootverbose) {
1721                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1722                                 "%016jx failed\n",
1723                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1724                                 (intmax_t)high);
1725                 }
1726                 return(NULL);
1727         }
1728         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1729         if (bootverbose) {
1730                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1731                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1732                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1733         }
1734         return (PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT));
1735 }
1736
1737 /*
1738  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1739  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1740  */
1741 void
1742 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1743 {
1744         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1745         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1746         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1747
1748         if (bootverbose) {
1749                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1750                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1751         }
1752         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1753                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1754                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1755                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1756                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1757         } else {
1758                 while (pages) {
1759                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1760                         vm_page_unwire(m, 0);
1761                         vm_page_free(m);
1762                         --pages;
1763                         ++m;
1764                 }
1765
1766         }
1767 }
1768
1769
1770 /*
1771  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1772  * operations.
1773  *
1774  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
1775  *           will trivially deadlock the system.
1776  */
1777 void
1778 vm_wait_nominal(void)
1779 {
1780         while (vm_page_count_min(0))
1781                 vm_wait(0);
1782 }
1783
1784 /*
1785  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1786  */
1787 int
1788 vm_test_nominal(void)
1789 {
1790         if (vm_page_count_min(0))
1791                 return(1);
1792         return(0);
1793 }
1794
1795 /*
1796  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1797  * places before memory allocations.
1798  *
1799  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1800  * more generous then that.
1801  */
1802 void
1803 vm_wait(int timo)
1804 {
1805         /*
1806          * never wait forever
1807          */
1808         if (timo == 0)
1809                 timo = hz;
1810         lwkt_gettoken(&vm_token);
1811
1812         if (curthread == pagethread) {
1813                 /*
1814                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1815                  */
1816                 if (vm_page_count_min(0)) {
1817                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1818                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1819                 }
1820         } else {
1821                 /*
1822                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1823                  */
1824                 if (vm_page_count_target()) {
1825                         if (vm_pages_needed == 0) {
1826                                 vm_pages_needed = 1;
1827                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1828                         }
1829                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1830                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1831                 }
1832         }
1833         lwkt_reltoken(&vm_token);
1834 }
1835
1836 /*
1837  * Block until free pages are available for allocation
1838  *
1839  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1840  * easily tracked.
1841  */
1842 void
1843 vm_waitpfault(void)
1844 {
1845         /*
1846          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1847          */
1848         if (vm_page_count_target()) {
1849                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1850                 if (vm_page_count_target()) {
1851                         if (vm_pages_needed == 0) {
1852                                 vm_pages_needed = 1;
1853                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1854                         }
1855                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1856                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1857                 }
1858                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1859         }
1860 }
1861
1862 /*
1863  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1864  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1865  *
1866  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1867  * This routine may not block.
1868  */
1869 void
1870 vm_page_activate(vm_page_t m)
1871 {
1872         u_short oqueue;
1873
1874         vm_page_spin_lock(m);
1875         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
1876                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1877                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1878                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1879
1880                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1881                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1882                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1883                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1884                                 m->act_count = ACT_INIT;
1885                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
1886                 }
1887                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1888                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1889                         pagedaemon_wakeup();
1890         } else {
1891                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1892                         m->act_count = ACT_INIT;
1893                 vm_page_spin_unlock(m);
1894         }
1895 }
1896
1897 /*
1898  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1899  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1900  * queues.
1901  *
1902  * This routine may not block.
1903  */
1904 static __inline void
1905 vm_page_free_wakeup(void)
1906 {
1907         /*
1908          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1909          * there are some free.
1910          */
1911         if (vm_pageout_pages_needed &&
1912             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1913             vmstats.v_pageout_free_min
1914         ) {
1915                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1916                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1917         }
1918
1919         /*
1920          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1921          *
1922          * NOTE: vm_paging_target() is the pageout daemon's target, while
1923          *       vm_page_count_target() is somewhere inbetween.  We want
1924          *       to wake processes up prior to the pageout daemon reaching
1925          *       its target to provide some hysteresis.
1926          */
1927         if (vm_pages_waiting) {
1928                 if (!vm_page_count_target()) {
1929                         /*
1930                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1931                          */
1932                         vm_pages_waiting = 0;
1933                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1934                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1935                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1936                         /*
1937                          * Some pages are free, wakeup someone.
1938                          */
1939                         int wcount = vm_pages_waiting;
1940                         if (wcount > 0)
1941                                 --wcount;
1942                         vm_pages_waiting = wcount;
1943                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1944                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1945                 }
1946         }
1947 }
1948
1949 /*
1950  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
1951  * it from its VM object.
1952  *
1953  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1954  * return (the page will have been freed).
1955  */
1956 void
1957 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1958 {
1959         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1960         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1961         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1962
1963         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1964                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
1965                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1966                         (u_long)m->pindex, m->busy,
1967                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
1968                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1969                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1970                 else
1971                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1972         }
1973
1974         /*
1975          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
1976          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
1977          * after this section (because the page was removed from any
1978          * queue).
1979          */
1980         vm_page_remove(m);
1981         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1982         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1983
1984         /*
1985          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1986          * and queue removal.
1987          */
1988         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1989                 vm_page_spin_unlock(m);
1990                 vm_page_wakeup(m);
1991                 return;
1992         }
1993
1994         m->valid = 0;
1995         vm_page_undirty(m);
1996
1997         if (m->wire_count != 0) {
1998                 if (m->wire_count > 1) {
1999                     panic(
2000                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2001                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2002                 }
2003                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2004         }
2005
2006         /*
2007          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2008          * Clear the NEED_COMMIT flag
2009          */
2010         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2011                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2012         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2013                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2014
2015         if (m->hold_count != 0) {
2016                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2017                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2018         } else {
2019                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
2020         }
2021
2022         /*
2023          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2024          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2025          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2026          * deadlock.
2027          */
2028         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2029         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2030                 vm_page_spin_unlock(m);
2031                 wakeup(m);
2032         } else {
2033                 vm_page_spin_unlock(m);
2034         }
2035         vm_page_free_wakeup();
2036 }
2037
2038 /*
2039  * vm_page_free_fromq_fast()
2040  *
2041  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
2042  * zeroing, so do not issue a wakeup.
2043  */
2044 vm_page_t
2045 vm_page_free_fromq_fast(void)
2046 {
2047         static int qi;
2048         vm_page_t m;
2049         int i;
2050
2051         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
2052                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
2053                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
2054                 if (m) {
2055                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2056                                 /*
2057                                  * We were unable to busy the page, deactivate
2058                                  * it and loop.
2059                                  */
2060                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2061                                 vm_page_spin_unlock(m);
2062                         } else if (m->flags & PG_ZERO) {
2063                                 /*
2064                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
2065                                  */
2066                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2067                                                               PQ_FREE + m->pc,
2068                                                               0);
2069                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
2070                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2071                                         vm_page_spin_unlock(m);
2072                                         wakeup(m);
2073                                 } else {
2074                                         vm_page_spin_unlock(m);
2075                                 }
2076                         } else {
2077                                 /*
2078                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
2079                                  */
2080                                 vm_page_spin_unlock(m);
2081                                 KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
2082                                                       PG_NEED_COMMIT)) == 0);
2083                                 KKASSERT(m->hold_count == 0);
2084                                 KKASSERT(m->wire_count == 0);
2085                                 break;
2086                         }
2087                         m = NULL;
2088                 }
2089                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
2090         }
2091         return (m);
2092 }
2093
2094 /*
2095  * vm_page_unmanage()
2096  *
2097  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2098  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2099  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2100  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2101  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2102  * operate on the page.
2103  *
2104  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2105  * will clear the flag.
2106  *
2107  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2108  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2109  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2110  * mappings.
2111  *
2112  * Caller must be holding the page busy.
2113  */
2114 void
2115 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2116 {
2117         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2118         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2119                 if (m->wire_count == 0)
2120                         vm_page_unqueue(m);
2121         }
2122         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2123 }
2124
2125 /*
2126  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2127  * paging queues as necessary.
2128  *
2129  * Caller must be holding the page busy.
2130  */
2131 void
2132 vm_page_wire(vm_page_t m)
2133 {
2134         /*
2135          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2136          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2137          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2138          * pages because they are always wired.
2139          */
2140         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2141         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2142                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2143                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2144                                 vm_page_unqueue(m);
2145                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2146                 }
2147                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2148                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2149         }
2150 }
2151
2152 /*
2153  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2154  *
2155  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2156  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2157  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2158  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2159  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2160  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2161  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2162  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2163  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2164  * reused more quickly.
2165  *
2166  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2167  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2168  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2169  *
2170  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2171  * put clean pages on the cache queue.
2172  *
2173  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2174  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2175  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2176  * dirty pages in the cache are not allowed.
2177  *
2178  * The page queues must be locked.
2179  * This routine may not block.
2180  */
2181 void
2182 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2183 {
2184         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2185         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2186                 /* do nothing */
2187         } else if (m->wire_count <= 0) {
2188                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2189         } else {
2190                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2191                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2192                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2193                                 ;
2194                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2195                                 vm_page_spin_lock(m);
2196                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2197                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2198                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2199                         } else {
2200                                 vm_page_spin_lock(m);
2201                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2202                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2203                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2204                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2205                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2206                         }
2207                 }
2208         }
2209 }
2210
2211 /*
2212  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2213  * any associated swap, the swap is deallocated.
2214  *
2215  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2216  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2217  * except without unmapping it from the process address space.
2218  *
2219  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2220  * This routine may not block.
2221  */
2222 static void
2223 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2224 {
2225         u_short oqueue;
2226
2227         /*
2228          * Ignore if already inactive.
2229          */
2230         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2231                 return;
2232         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2233         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2234
2235         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2236                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2237                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2238                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2239                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2240                 if (athead == 0)
2241                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2242         }
2243         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2244         /* leaves vm_page spinlocked */
2245 }
2246
2247 /*
2248  * Attempt to deactivate a page.
2249  *
2250  * No requirements.
2251  */
2252 void
2253 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2254 {
2255         vm_page_spin_lock(m);
2256         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2257         vm_page_spin_unlock(m);
2258 }
2259
2260 void
2261 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2262 {
2263         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2268  *
2269  * Returns 0 on failure, 1 on success
2270  *
2271  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2272  * whether the page can be safely moved to the cache.
2273  */
2274 int
2275 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2276 {
2277         vm_page_spin_lock(m);
2278         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2279                 vm_page_spin_unlock(m);
2280                 return(0);
2281         }
2282         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2283             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2284                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2285                         vm_page_spin_unlock(m);
2286                         wakeup(m);
2287                 } else {
2288                         vm_page_spin_unlock(m);
2289                 }
2290                 return(0);
2291         }
2292         vm_page_spin_unlock(m);
2293
2294         /*
2295          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2296          * be moved to the cache.
2297          */
2298         vm_page_test_dirty(m);
2299         if (m->dirty) {
2300                 vm_page_wakeup(m);
2301                 return(0);
2302         }
2303         vm_page_cache(m);
2304         return(1);
2305 }
2306
2307 /*
2308  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2309  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2310  *
2311  * No requirements.
2312  */
2313 int
2314 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2315 {
2316         vm_page_spin_lock(m);
2317         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2318                 vm_page_spin_unlock(m);
2319                 return(0);
2320         }
2321
2322         /*
2323          * The page can be in any state, including already being on the free
2324          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2325          */
2326         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2327             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2328             m->wire_count ||                    /* or wired */
2329             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2330                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2331             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2332             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2333                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2334                         vm_page_spin_unlock(m);
2335                         wakeup(m);
2336                 } else {
2337                         vm_page_spin_unlock(m);
2338                 }
2339                 return(0);
2340         }
2341         vm_page_spin_unlock(m);
2342
2343         /*
2344          * We can probably free the page.
2345          *
2346          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2347          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2348          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2349          */
2350         vm_page_test_dirty(m);
2351         if (m->dirty) {
2352                 vm_page_wakeup(m);
2353                 return(0);
2354         }
2355         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2356         if (m->dirty) {
2357                 vm_page_wakeup(m);
2358                 return(0);
2359         }
2360         vm_page_free(m);
2361         return(1);
2362 }
2363
2364 /*
2365  * vm_page_cache
2366  *
2367  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2368  *
2369  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2370  * possibly even free the page.
2371  */
2372 void
2373 vm_page_cache(vm_page_t m)
2374 {
2375         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2376             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2377                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2378                 vm_page_wakeup(m);
2379                 return;
2380         }
2381
2382         /*
2383          * Already in the cache (and thus not mapped)
2384          */
2385         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2386                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2387                 vm_page_wakeup(m);
2388                 return;
2389         }
2390
2391         /*
2392          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2393          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2394          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2395          */
2396         if (m->dirty) {
2397                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2398                         (long)m->pindex);
2399         }
2400
2401         /*
2402          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2403          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2404          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2405          * everything.
2406          */
2407         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2408         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2409             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2410                 vm_page_wakeup(m);
2411         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2412                 vm_page_deactivate(m);
2413                 vm_page_wakeup(m);
2414         } else {
2415                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2416                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2417                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2418                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2419                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2420                         vm_page_spin_unlock(m);
2421                         wakeup(m);
2422                 } else {
2423                         vm_page_spin_unlock(m);
2424                 }
2425                 vm_page_free_wakeup();
2426         }
2427 }
2428
2429 /*
2430  * vm_page_dontneed()
2431  *
2432  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2433  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2434  *
2435  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2436  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2437  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2438  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2439  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2440  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2441  *
2442  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2443  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2444  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2445  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2446  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2447  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2448  * often.
2449  *
2450  * The page must be busied.
2451  */
2452 void
2453 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2454 {
2455         static int dnweight;
2456         int dnw;
2457         int head;
2458
2459         dnw = ++dnweight;
2460
2461         /*
2462          * occassionally leave the page alone
2463          */
2464         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2465             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2466             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2467         ) {
2468                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2469                         --m->act_count;
2470                 return;
2471         }
2472
2473         /*
2474          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2475          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2476          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2477          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2478          */
2479         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2480         pmap_clear_reference(m);
2481
2482         if (m->dirty == 0)
2483                 vm_page_test_dirty(m);
2484
2485         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2486                 /*
2487                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2488                  */
2489                 head = 0;
2490         } else {
2491                 /*
2492                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2493                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2494                  * at the head of the queue instead of the tail.
2495                  */
2496                 head = 1;
2497         }
2498         vm_page_spin_lock(m);
2499         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2500         vm_page_spin_unlock(m);
2501 }
2502
2503 /*
2504  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2505  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2506  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2507  * write can still be mapped read-only.
2508  *
2509  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2510  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2511  * busy bit is cleared.
2512  */
2513 void
2514 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2515 {
2516         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2517         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2518         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2519 }
2520
2521 void
2522 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2523 {
2524         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2525         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2526         if (m->busy == 0)
2527                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2532  * be reused.  Used by tmpfs.
2533  */
2534 void
2535 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2536 {
2537         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2538 }
2539
2540 void
2541 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2542 {
2543         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2544 }
2545
2546 /*
2547  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2548  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2549  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2550  * the page).
2551  *
2552  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2553  * page will be zero'd and marked valid.
2554  *
2555  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2556  * valid even if it already exists.
2557  *
2558  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2559  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2560  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2561  *
2562  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2563  * always returned if we had blocked.  
2564  *
2565  * This routine may not be called from an interrupt.
2566  *
2567  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2568  *
2569  * No other requirements.
2570  */
2571 vm_page_t
2572 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2573 {
2574         vm_page_t m;
2575         int error;
2576
2577         KKASSERT(allocflags &
2578                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2579         vm_object_hold(object);
2580         for (;;) {
2581                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2582                 if (error) {
2583                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2584                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2585                                 m = NULL;
2586                                 break;
2587                         }
2588                         /* retry */
2589                 } else if (m == NULL) {
2590                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2591                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2592                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2593                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2594                         if (m)
2595                                 break;
2596                         vm_wait(0);
2597                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2598                                 goto failed;
2599                 } else {
2600                         /* m found */
2601                         break;
2602                 }
2603         }
2604
2605         /*
2606          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2607          *
2608          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2609          * valid even if already valid.
2610          */
2611         if (m->valid == 0) {
2612                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2613                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2614                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2615                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2616                 }
2617         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2618                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2619                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2620         }
2621         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2622 failed:
2623         vm_object_drop(object);
2624         return(m);
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2629  * a page.  May not block.
2630  *
2631  * Inputs are required to range within a page.
2632  *
2633  * No requirements.
2634  * Non blocking.
2635  */
2636 int
2637 vm_page_bits(int base, int size)
2638 {
2639         int first_bit;
2640         int last_bit;
2641
2642         KASSERT(
2643             base + size <= PAGE_SIZE,
2644             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2645         );
2646
2647         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2648                 return(0);
2649
2650         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2651         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2652
2653         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2654 }
2655
2656 /*
2657  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2658  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2659  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2660  * such chunks will be zero'd.
2661  *
2662  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2663  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2664  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2665  *       lost.
2666  *
2667  * This routine may not block.
2668  *
2669  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2670  */
2671 static void
2672 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2673 {
2674         int frag;
2675         int endoff;
2676
2677         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2678                 return;
2679
2680         /*
2681          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2682          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2683          * first block.
2684          */
2685
2686         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2687             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2688         ) {
2689                 pmap_zero_page_area(
2690                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2691                     frag,
2692                     base - frag
2693                 );
2694         }
2695
2696         /*
2697          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2698          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2699          * the last block.
2700          */
2701
2702         endoff = base + size;
2703
2704         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2705             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2706         ) {
2707                 pmap_zero_page_area(
2708                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2709                     endoff,
2710                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2711                 );
2712         }
2713 }
2714
2715 /*
2716  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2717  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2718  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2719  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2720  * be set again.
2721  *
2722  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2723  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2724  * the range.
2725  *
2726  * Page must be busied?
2727  * No other requirements.
2728  */
2729 void
2730 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2731 {
2732         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2733         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2734 }
2735
2736
2737 /*
2738  * Set valid bits and clear dirty bits.
2739  *
2740  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2741  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2742  *       and size.
2743  *
2744  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2745  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2746  *          So for now vm_token must also be held.
2747  *
2748  * No other requirements.
2749  */
2750 void
2751 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2752 {
2753         int pagebits;
2754
2755         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2756         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2757         m->valid |= pagebits;
2758         m->dirty &= ~pagebits;
2759         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2760                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2761                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2762         }
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2767  *
2768  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2769  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2770  *          be held.
2771  *
2772  * No other requirements.
2773  */
2774 void
2775 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2776 {
2777         int pagebits;
2778
2779         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2780         m->valid |= pagebits;
2781         m->dirty |= pagebits;
2782         if (m->object)
2783                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2784 }
2785
2786 /*
2787  * Clear dirty bits.
2788  *
2789  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2790  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2791  *       and size.
2792  *
2793  * Page must be busied?
2794  * No other requirements.
2795  */
2796 void
2797 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2798 {
2799         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2800         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2801                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2802                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2803         }
2804 }
2805
2806 /*
2807  * Make the page all-dirty.
2808  *
2809  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2810  * object may now contain a dirty page.
2811  *
2812  * Page must be busied?
2813  * No other requirements.
2814  */
2815 void
2816 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2817 {
2818 #ifdef INVARIANTS
2819         int pqtype = m->queue - m->pc;
2820 #endif
2821         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2822                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2823         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2824                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2825                 if (m->object)
2826                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2827         }
2828 }
2829
2830 /*
2831  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2832  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2833  *
2834  * Page must be busied?
2835  * Does not block.
2836  * No other requirements.
2837  */
2838 void
2839 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2840 {
2841         int bits;
2842
2843         bits = vm_page_bits(base, size);
2844         m->valid &= ~bits;
2845         m->dirty &= ~bits;
2846         m->object->generation++;
2847 }
2848
2849 /*
2850  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2851  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2852  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2853  * page so user code sees what it expects.
2854  *
2855  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2856  * into memory and the file's size is not page aligned.
2857  *
2858  * Page must be busied?
2859  * No other requirements.
2860  */
2861 void
2862 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2863 {
2864         int b;
2865         int i;
2866
2867         /*
2868          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2869          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2870          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2871          * vm_page_set_validclean().
2872          */
2873         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2874                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2875                     (m->valid & (1 << i))
2876                 ) {
2877                         if (i > b) {
2878                                 pmap_zero_page_area(
2879                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2880                                     b << DEV_BSHIFT,
2881                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2882                                 );
2883                         }
2884                         b = i + 1;
2885                 }
2886         }
2887
2888         /*
2889          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2890          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2891          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2892          */
2893         if (setvalid)
2894                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2895 }
2896
2897 /*
2898  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2899  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2900  * invalid, and TRUE otherwise.
2901  *
2902  * Does not block.
2903  * No other requirements.
2904  */
2905 int
2906 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2907 {
2908         int bits = vm_page_bits(base, size);
2909
2910         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2911                 return 1;
2912         else
2913                 return 0;
2914 }
2915
2916 /*
2917  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2918  *
2919  * Caller must hold the page busy
2920  */
2921 void
2922 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2923 {
2924         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2925                 vm_page_dirty(m);
2926         }
2927 }
2928
2929 /*
2930  * Register an action, associating it with its vm_page
2931  */
2932 void
2933 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2934 {
2935         struct vm_page_action_list *list;
2936         int hv;
2937
2938         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2939         list = &action_list[hv];
2940
2941         lwkt_gettoken(&vm_token);
2942         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2943         action->event = event;
2944         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2945         lwkt_reltoken(&vm_token);
2946 }
2947
2948 /*
2949  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
2950  */
2951 void
2952 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
2953 {
2954         struct vm_page_action_list *list;
2955         int hv;
2956
2957         lwkt_gettoken(&vm_token);
2958         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
2959                 action->event = VMEVENT_NONE;
2960                 LIST_REMOVE(action, entry);
2961
2962                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2963                 list = &action_list[hv];
2964                 if (LIST_EMPTY(list))
2965                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
2966         }
2967         lwkt_reltoken(&vm_token);
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
2972  * removed from the page's list and called.
2973  *
2974  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
2975  * PG_ACTIONLIST flag.
2976  */
2977 void
2978 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
2979 {
2980         struct vm_page_action_list *list;
2981         struct vm_page_action *scan;
2982         struct vm_page_action *next;
2983         int hv;
2984         int all;
2985
2986         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2987         list = &action_list[hv];
2988         all = 1;
2989
2990         lwkt_gettoken(&vm_token);
2991         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
2992                 if (scan->m == m) {
2993                         if (scan->event == event) {
2994                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
2995                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
2996                                 scan->func(m, scan);
2997                                 /* XXX */
2998                         } else {
2999                                 all = 0;
3000                         }
3001                 }
3002         }
3003         if (all)
3004                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
3005         lwkt_reltoken(&vm_token);
3006 }
3007
3008 #include "opt_ddb.h"
3009 #ifdef DDB
3010 #include <sys/kernel.h>
3011
3012 #include <ddb/ddb.h>
3013
3014 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3015 {
3016         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3017         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3018         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3019         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3020         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3021         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3022         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3023         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3024         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3025         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3026 }
3027
3028 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3029 {
3030         int i;
3031         db_printf("PQ_FREE:");
3032         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3033                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3034         }
3035         db_printf("\n");
3036                 
3037         db_printf("PQ_CACHE:");
3038         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3039                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3040         }
3041         db_printf("\n");
3042
3043         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3044         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3045                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3046         }
3047         db_printf("\n");
3048
3049         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3050         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3051                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3052         }
3053         db_printf("\n");
3054 }
3055 #endif /* DDB */