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