Cleanup pass. No operational changes.
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.23 2004/05/20 22:35:39 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67 /*
68  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
69  * A VM page is the core building block for memory management.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void vm_page_queue_init(void);
93 static void vm_page_free_wakeup(void);
94 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
95 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
96
97 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
98 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
99 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
100 static volatile int vm_page_bucket_generation;
101 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
102
103 static void
104 vm_page_queue_init(void) 
105 {
106         int i;
107
108         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
109                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
110         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
111                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
112
113         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
114         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
115         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
116         /* PQ_NONE has no queue */
117
118         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
119                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
120 }
121
122 /*
123  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
124  */
125 long first_page = 0;
126 int vm_page_array_size = 0;
127 int vm_page_zero_count = 0;
128 vm_page_t vm_page_array = 0;
129
130 /*
131  * (low level boot)
132  *
133  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
134  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
135  */
136 void
137 vm_set_page_size(void)
138 {
139         if (vmstats.v_page_size == 0)
140                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
141         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
142                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
143 }
144
145 /*
146  * (low level boot)
147  *
148  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
149  * are added to both the head and tail of the associated free page
150  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
151  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
152  *
153  * Must be called at splhigh().
154  */
155 vm_page_t
156 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
157 {
158         struct vpgqueues *vpq;
159         vm_page_t m;
160
161         ++vmstats.v_page_count;
162         ++vmstats.v_free_count;
163         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
164         m->phys_addr = pa;
165         m->flags = 0;
166         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
167         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
168
169         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
170         if (vpq->flipflop)
171                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
172         else
173                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
174         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
175
176         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
177         return (m);
178 }
179
180 /*
181  * (low level boot)
182  *
183  * Initializes the resident memory module.
184  *
185  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
186  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
187  * free list.
188  */
189 vm_offset_t
190 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
191 {
192         vm_offset_t mapped;
193         struct vm_page **bucket;
194         vm_size_t npages;
195         vm_paddr_t page_range;
196         vm_paddr_t new_end;
197         int i;
198         vm_paddr_t pa;
199         int nblocks;
200         vm_paddr_t last_pa;
201
202         /* the biggest memory array is the second group of pages */
203         vm_paddr_t end;
204         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
205
206         vm_paddr_t total;
207
208         total = 0;
209         biggestsize = 0;
210         biggestone = 0;
211         nblocks = 0;
212         vaddr = round_page(vaddr);
213
214         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
215                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
216                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
217         }
218
219         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
220                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
221
222                 if (size > biggestsize) {
223                         biggestone = i;
224                         biggestsize = size;
225                 }
226                 ++nblocks;
227                 total += size;
228         }
229
230         end = phys_avail[biggestone+1];
231
232         /*
233          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
234          * and the inactive queue.
235          */
236
237         vm_page_queue_init();
238
239         /*
240          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
241          *
242          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
243          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
244          * the system.  
245          *
246          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
247          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
248          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
249          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
250          *
251          * Note: This computation can be tweaked if desired.
252          */
253         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
254         bucket = vm_page_buckets;
255         if (vm_page_bucket_count == 0) {
256                 vm_page_bucket_count = 1;
257                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
258                         vm_page_bucket_count <<= 1;
259         }
260         vm_page_bucket_count <<= 1;
261         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
262
263         /*
264          * Validate these addresses.
265          */
266         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
267         new_end = trunc_page(new_end);
268         mapped = round_page(vaddr);
269         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
270             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
271         vaddr = round_page(vaddr);
272         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
273
274         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
275                 *bucket = NULL;
276                 bucket++;
277         }
278
279         /*
280          * Compute the number of pages of memory that will be available for
281          * use (taking into account the overhead of a page structure per
282          * page).
283          */
284         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
285         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
286         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
287             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
288
289         end = new_end;
290
291         /*
292          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
293          * queue.
294          */
295         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
296         mapped = vaddr;
297
298         /*
299          * Validate these addresses.
300          */
301         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
302         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
303             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
304
305         /*
306          * Clear all of the page structures
307          */
308         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
309         vm_page_array_size = page_range;
310
311         /*
312          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
313          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
314          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
315          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
316          */
317         vmstats.v_page_count = 0;
318         vmstats.v_free_count = 0;
319         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
320                 pa = phys_avail[i];
321                 if (i == biggestone)
322                         last_pa = new_end;
323                 else
324                         last_pa = phys_avail[i + 1];
325                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
326                         vm_add_new_page(pa);
327                         pa += PAGE_SIZE;
328                 }
329         }
330         return (mapped);
331 }
332
333 /*
334  * Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
335  *
336  * NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
337  * This routine may not block.
338  *
339  * We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
340  * out in the hash table without it costing us too much.
341  */
342 static __inline int
343 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
344 {
345         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
346
347         return(i & vm_page_hash_mask);
348 }
349
350 /*
351  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
352  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
353  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
354  *
355  * This routine must be called at splvm().
356  */
357 void
358 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
359 {
360         --mem->hold_count;
361         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
362         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
363                 vm_page_free_toq(mem);
364 }
365
366 /*
367  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
368  *
369  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
370  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
371  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
372  * here so we *can't* do this anyway.
373  *
374  * This routine may not block.
375  * This routine must be called at splvm().
376  */
377 void
378 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
379 {
380         struct vm_page **bucket;
381
382         if (m->object != NULL)
383                 panic("vm_page_insert: already inserted");
384
385         /*
386          * Record the object/offset pair in this page
387          */
388         m->object = object;
389         m->pindex = pindex;
390
391         /*
392          * Insert it into the object_object/offset hash table
393          */
394         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
395         m->hnext = *bucket;
396         *bucket = m;
397         vm_page_bucket_generation++;
398
399         /*
400          * Now link into the object's list of backed pages.
401          */
402         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
403         object->generation++;
404
405         /*
406          * show that the object has one more resident page.
407          */
408         object->resident_page_count++;
409
410         /*
411          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
412          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
413          */
414         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
415                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
416 }
417
418 /*
419  * Removes the given mem entry from the object/offset-page table and
420  * the object page list, but do not invalidate/terminate the backing store.
421  *
422  * This routine must be called at splvm().
423  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
424  * This routine may not block.
425  * The page must be BUSY.
426  */
427 void
428 vm_page_remove(vm_page_t m)
429 {
430         vm_object_t object;
431
432         if (m->object == NULL)
433                 return;
434
435         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
436                 panic("vm_page_remove: page not busy");
437
438         /*
439          * Basically destroy the page.
440          */
441         vm_page_wakeup(m);
442
443         object = m->object;
444
445         /*
446          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
447          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
448          *
449          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
450          * buffers with vm_page_lookup().
451          */
452         {
453                 struct vm_page **bucket;
454
455                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
456                 while (*bucket != m) {
457                         if (*bucket == NULL)
458                             panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
459                         bucket = &(*bucket)->hnext;
460                 }
461                 *bucket = m->hnext;
462                 m->hnext = NULL;
463                 vm_page_bucket_generation++;
464         }
465
466         /*
467          * Now remove from the object's list of backed pages.
468          */
469         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
470
471         /*
472          * And show that the object has one fewer resident page.
473          */
474         object->resident_page_count--;
475         object->generation++;
476
477         m->object = NULL;
478 }
479
480 /*
481  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
482  * page could not be found.
483  *
484  * This routine will operate properly without spl protection, but
485  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
486  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
487  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
488  * the caller should generally call this routine at splvm().
489  *
490  * Callers may call this routine without spl protection if they know
491  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
492  * by an interrupt.
493  */
494 vm_page_t
495 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
496 {
497         vm_page_t m;
498         struct vm_page **bucket;
499         int generation;
500
501         /*
502          * Search the hash table for this object/offset pair
503          */
504 retry:
505         generation = vm_page_bucket_generation;
506         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
507         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
508                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
509                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
510                                 goto retry;
511                         return (m);
512                 }
513         }
514         if (vm_page_bucket_generation != generation)
515                 goto retry;
516         return (NULL);
517 }
518
519 /*
520  * vm_page_rename()
521  *
522  * Move the given memory entry from its current object to the specified
523  * target object/offset.
524  *
525  * The object must be locked.
526  * This routine may not block.
527  *
528  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
529  *
530  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
531  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
532  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
533  *       moving the page from object A to B, and will then later move
534  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
535  *
536  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
537  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
538  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
539  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
540  *       on the cache.
541  */
542 void
543 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
544 {
545         int s;
546
547         s = splvm();
548         vm_page_remove(m);
549         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
550         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
551                 vm_page_deactivate(m);
552         vm_page_dirty(m);
553         splx(s);
554 }
555
556 /*
557  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
558  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
559  * caller.
560  *
561  * This routine must be called at splhigh().
562  * This routine may not block.
563  */
564 void
565 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
566 {
567         int queue = m->queue;
568         struct vpgqueues *pq;
569
570         if (queue != PQ_NONE) {
571                 pq = &vm_page_queues[queue];
572                 m->queue = PQ_NONE;
573                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
574                 (*pq->cnt)--;
575                 pq->lcnt--;
576         }
577 }
578
579 /*
580  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
581  * if necessary.
582  *
583  * This routine must be called at splhigh().
584  * This routine may not block.
585  */
586 void
587 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
588 {
589         int queue = m->queue;
590         struct vpgqueues *pq;
591
592         if (queue != PQ_NONE) {
593                 m->queue = PQ_NONE;
594                 pq = &vm_page_queues[queue];
595                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
596                 (*pq->cnt)--;
597                 pq->lcnt--;
598                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
599                         if (vm_paging_needed())
600                                 pagedaemon_wakeup();
601                 }
602         }
603 }
604
605 /*
606  * vm_page_list_find()
607  *
608  * Find a page on the specified queue with color optimization.
609  *
610  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
611  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
612  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
613  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
614  *
615  * This routine must be called at splvm().
616  * This routine may not block.
617  *
618  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
619  * is available for outside callers but the only critical path is
620  * from within this source file.
621  */
622 static __inline
623 vm_page_t
624 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
625 {
626         vm_page_t m;
627
628         if (prefer_zero)
629                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
630         else
631                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
632         if (m == NULL)
633                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
634         return(m);
635 }
636
637 static vm_page_t
638 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
639 {
640         int i;
641         vm_page_t m = NULL;
642         struct vpgqueues *pq;
643
644         pq = &vm_page_queues[basequeue];
645
646         /*
647          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
648          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
649          * blown it by missing the cache case so we do not care.
650          */
651
652         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
653                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
654                         break;
655
656                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
657                         break;
658         }
659         return(m);
660 }
661
662 vm_page_t
663 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
664 {
665         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
666 }
667
668 /*
669  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
670  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
671  * keeps us from using potentially busy cached pages.
672  *
673  * This routine must be called at splvm().
674  * This routine may not block.
675  */
676 vm_page_t
677 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
678 {
679         vm_page_t m;
680
681         while (TRUE) {
682                 m = vm_page_list_find(
683                     PQ_CACHE,
684                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
685                     FALSE
686                 );
687                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
688                                m->hold_count || m->wire_count)) {
689                         vm_page_deactivate(m);
690                         continue;
691                 }
692                 return m;
693         }
694         /* not reached */
695 }
696
697 /*
698  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
699  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
700  * otherwise.
701  *
702  * This routine must be called at splvm().
703  * This routine may not block.
704  */
705 static __inline vm_page_t
706 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
707 {
708         vm_page_t m;
709
710         m = vm_page_list_find(
711                 PQ_FREE,
712                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
713                 prefer_zero
714         );
715         return(m);
716 }
717
718 /*
719  * vm_page_alloc()
720  *
721  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
722  * pair.
723  *
724  *      page_req classes:
725  *
726  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
727  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
728  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
729  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
730  *
731  * The object must be locked.
732  * This routine may not block.
733  *
734  * Additional special handling is required when called from an interrupt
735  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
736  * in this case.
737  */
738 vm_page_t
739 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
740 {
741         vm_page_t m = NULL;
742         int s;
743
744         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
745                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
746         KKASSERT(page_req & 
747                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
748
749         /*
750          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
751          */
752         if (curthread == pagethread)
753                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
754
755         s = splvm();
756 loop:
757         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
758             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
759             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
760                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
761         ) {
762                 /*
763                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
764                  */
765                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
766                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
767                 else
768                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
769         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
770                 /*
771                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
772                  * success, we must free the page and try again, thus
773                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
774                  */
775 #ifdef INVARIANTS
776                 if (curthread->td_preempted) {
777                         printf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
778                                 " cache page from preempting interrupt\n");
779                         m = NULL;
780                 } else {
781                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
782                 }
783 #else
784                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
785 #endif
786                 /*
787                  * On succuess move the page into the free queue and loop.
788                  */
789                 if (m != NULL) {
790                         KASSERT(m->dirty == 0,
791                             ("Found dirty cache page %p", m));
792                         vm_page_busy(m);
793                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
794                         vm_page_free(m);
795                         goto loop;
796                 }
797
798                 /*
799                  * On failure return NULL
800                  */
801                 splx(s);
802 #if defined(DIAGNOSTIC)
803                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
804                         printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
805 #endif
806                 vm_pageout_deficit++;
807                 pagedaemon_wakeup();
808                 return (NULL);
809         } else {
810                 /*
811                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
812                  */
813                 splx(s);
814                 vm_pageout_deficit++;
815                 pagedaemon_wakeup();
816                 return (NULL);
817         }
818
819         /*
820          * Good page found.
821          */
822         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
823
824         /*
825          * Remove from free queue
826          */
827         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
828
829         /*
830          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
831          */
832         if (m->flags & PG_ZERO) {
833                 vm_page_zero_count--;
834                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
835         } else {
836                 m->flags = PG_BUSY;
837         }
838         m->wire_count = 0;
839         m->hold_count = 0;
840         m->act_count = 0;
841         m->busy = 0;
842         m->valid = 0;
843         KASSERT(m->dirty == 0, 
844                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
845
846         /*
847          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
848          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
849          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
850          * anywhere.
851          */
852         vm_page_insert(m, object, pindex);
853
854         /*
855          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
856          * we would be nearly out of memory.
857          */
858         if (vm_paging_needed())
859                 pagedaemon_wakeup();
860
861         splx(s);
862         return (m);
863 }
864
865 /*
866  * Block until free pages are available for allocation, called in various
867  * places before memory allocations.
868  */
869 void
870 vm_wait(void)
871 {
872         int s;
873
874         s = splvm();
875         if (curthread == pagethread) {
876                 vm_pageout_pages_needed = 1;
877                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
878         } else {
879                 if (!vm_pages_needed) {
880                         vm_pages_needed = 1;
881                         wakeup(&vm_pages_needed);
882                 }
883                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
884         }
885         splx(s);
886 }
887
888 /*
889  * Block until free pages are available for allocation
890  *
891  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
892  * easily tracked.
893  *
894  * Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
895  * processes will be able to grab memory first.  Do not change
896  * this balance without careful testing first.
897  */
898 void
899 vm_waitpfault(void)
900 {
901         int s;
902
903         s = splvm();
904         if (!vm_pages_needed) {
905                 vm_pages_needed = 1;
906                 wakeup(&vm_pages_needed);
907         }
908         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
909         splx(s);
910 }
911
912 /*
913  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
914  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
915  *
916  * The page queues must be locked.
917  * This routine may not block.
918  */
919 void
920 vm_page_activate(vm_page_t m)
921 {
922         int s;
923
924         s = splvm();
925         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
926                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
927                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
928
929                 vm_page_unqueue(m);
930
931                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
932                         m->queue = PQ_ACTIVE;
933                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
934                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
935                                             m, pageq);
936                         if (m->act_count < ACT_INIT)
937                                 m->act_count = ACT_INIT;
938                         vmstats.v_active_count++;
939                 }
940         } else {
941                 if (m->act_count < ACT_INIT)
942                         m->act_count = ACT_INIT;
943         }
944
945         splx(s);
946 }
947
948 /*
949  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
950  * routine is called when a page has been added to the cache or free
951  * queues.
952  *
953  * This routine may not block.
954  * This routine must be called at splvm()
955  */
956 static __inline void
957 vm_page_free_wakeup(void)
958 {
959         /*
960          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
961          * some free.
962          */
963         if (vm_pageout_pages_needed &&
964             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
965             vmstats.v_pageout_free_min
966         ) {
967                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
968                 vm_pageout_pages_needed = 0;
969         }
970
971         /*
972          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
973          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
974          * lots of memory. this process will swapin processes.
975          */
976         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
977                 vm_pages_needed = 0;
978                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
979         }
980 }
981
982 /*
983  *      vm_page_free_toq:
984  *
985  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
986  *      disassociating it with any VM object.
987  *
988  *      Object and page must be locked prior to entry.
989  *      This routine may not block.
990  */
991
992 void
993 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
994 {
995         int s;
996         struct vpgqueues *pq;
997
998         s = splvm();
999         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1000
1001         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1002                 printf(
1003                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1004                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1005                     m->hold_count);
1006                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1007                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1008                 else
1009                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1010         }
1011
1012         /*
1013          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1014          * the page here because we do not want to call the pager's
1015          * callback routine until after we've put the page on the
1016          * appropriate free queue.
1017          */
1018         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1019         vm_page_remove(m);
1020
1021         /*
1022          * If fictitious remove object association and
1023          * return, otherwise delay object association removal.
1024          */
1025         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1026                 splx(s);
1027                 return;
1028         }
1029
1030         m->valid = 0;
1031         vm_page_undirty(m);
1032
1033         if (m->wire_count != 0) {
1034                 if (m->wire_count > 1) {
1035                     panic(
1036                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1037                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1038                 }
1039                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1040         }
1041
1042         /*
1043          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1044          */
1045         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1046             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1047         } else {
1048 #ifdef __alpha__
1049             pmap_page_is_free(m);
1050 #endif
1051         }
1052
1053         if (m->hold_count != 0) {
1054                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1055                 m->queue = PQ_HOLD;
1056         } else {
1057                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1058         }
1059         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1060         pq->lcnt++;
1061         ++(*pq->cnt);
1062
1063         /*
1064          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1065          * first ) and non-zerod pages at the head.
1066          */
1067         if (m->flags & PG_ZERO) {
1068                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1069                 ++vm_page_zero_count;
1070         } else {
1071                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1072         }
1073
1074         vm_page_free_wakeup();
1075         splx(s);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * vm_page_unmanage()
1080  *
1081  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1082  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1083  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1084  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1085  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1086  * operate on the page.
1087  *
1088  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1089  * will clear the flag.
1090  *
1091  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1092  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1093  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1094  * mappings.
1095  */
1096 void
1097 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1098 {
1099         int s;
1100
1101         s = splvm();
1102         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1103                 if (m->wire_count == 0)
1104                         vm_page_unqueue(m);
1105         }
1106         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1107         splx(s);
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1112  * paging queues as necessary.
1113  *
1114  * The page queues must be locked.
1115  * This routine may not block.
1116  */
1117 void
1118 vm_page_wire(vm_page_t m)
1119 {
1120         int s;
1121
1122         /*
1123          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1124          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1125          * it is already off the queues).
1126          */
1127         s = splvm();
1128         if (m->wire_count == 0) {
1129                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1130                         vm_page_unqueue(m);
1131                 vmstats.v_wire_count++;
1132         }
1133         m->wire_count++;
1134         KASSERT(m->wire_count != 0,
1135             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1136
1137         splx(s);
1138         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1139 }
1140
1141 /*
1142  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1143  *
1144  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1145  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1146  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1147  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1148  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1149  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1150  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1151  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1152  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1153  * reused more quickly.
1154  *
1155  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1156  * put clean pages on the cache queue.
1157  *
1158  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1159  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1160  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1161  * dirty pages in the cache are not allowed.
1162  *
1163  * The page queues must be locked.
1164  * This routine may not block.
1165  */
1166 void
1167 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1168 {
1169         int s;
1170
1171         s = splvm();
1172
1173         if (m->wire_count > 0) {
1174                 m->wire_count--;
1175                 if (m->wire_count == 0) {
1176                         vmstats.v_wire_count--;
1177                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1178                                 ;
1179                         } else if (activate) {
1180                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1181                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1182                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1183                                 vmstats.v_active_count++;
1184                         } else {
1185                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1186                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1187                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1188                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1189                                 vmstats.v_inactive_count++;
1190                         }
1191                 }
1192         } else {
1193                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1194         }
1195         splx(s);
1196 }
1197
1198
1199 /*
1200  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1201  * any associated swap, the swap is deallocated.
1202  *
1203  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1204  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1205  * except without unmapping it from the process address space.
1206  *
1207  * This routine may not block.
1208  */
1209 static __inline void
1210 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1211 {
1212         int s;
1213
1214         /*
1215          * Ignore if already inactive.
1216          */
1217         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1218                 return;
1219
1220         s = splvm();
1221         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1222                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1223                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1224                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1225                 vm_page_unqueue(m);
1226                 if (athead)
1227                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1228                 else
1229                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1230                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1231                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1232                 vmstats.v_inactive_count++;
1233         }
1234         splx(s);
1235 }
1236
1237 void
1238 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1239 {
1240     _vm_page_deactivate(m, 0);
1241 }
1242
1243 /*
1244  * vm_page_try_to_cache:
1245  *
1246  * Returns 0 on failure, 1 on success
1247  */
1248 int
1249 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1250 {
1251         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1252             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1253                 return(0);
1254         }
1255         vm_page_test_dirty(m);
1256         if (m->dirty)
1257                 return(0);
1258         vm_page_cache(m);
1259         return(1);
1260 }
1261
1262 /*
1263  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1264  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1265  */
1266 int
1267 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1268 {
1269         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1270             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1271                 return(0);
1272         }
1273         vm_page_test_dirty(m);
1274         if (m->dirty)
1275                 return(0);
1276         vm_page_busy(m);
1277         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1278         vm_page_free(m);
1279         return(1);
1280 }
1281
1282 /*
1283  * vm_page_cache
1284  *
1285  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1286  *
1287  * This routine may not block.
1288  */
1289 void
1290 vm_page_cache(vm_page_t m)
1291 {
1292         int s;
1293
1294         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1295                         m->wire_count || m->hold_count) {
1296                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1297                 return;
1298         }
1299         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1300                 return;
1301
1302         /*
1303          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1304          * writeable or mapped.
1305          */
1306
1307         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1308         if (m->dirty != 0) {
1309                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1310                         (long)m->pindex);
1311         }
1312         s = splvm();
1313         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1314         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1315         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1316         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1317         vmstats.v_cache_count++;
1318         vm_page_free_wakeup();
1319         splx(s);
1320 }
1321
1322 /*
1323  * vm_page_dontneed()
1324  *
1325  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1326  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1327  *
1328  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1329  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1330  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1331  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1332  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1333  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1334  *
1335  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1336  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1337  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1338  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1339  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1340  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1341  * often.
1342  */
1343 void
1344 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1345 {
1346         static int dnweight;
1347         int dnw;
1348         int head;
1349
1350         dnw = ++dnweight;
1351
1352         /*
1353          * occassionally leave the page alone
1354          */
1355
1356         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1357             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1358             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1359         ) {
1360                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1361                         --m->act_count;
1362                 return;
1363         }
1364
1365         if (m->dirty == 0)
1366                 vm_page_test_dirty(m);
1367
1368         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1369                 /*
1370                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1371                  */
1372                 head = 0;
1373         } else {
1374                 /*
1375                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1376                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1377                  * at the head of the queue instead of the tail.
1378                  */
1379                 head = 1;
1380         }
1381         _vm_page_deactivate(m, head);
1382 }
1383
1384 /*
1385  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1386  * A busy page is returned or NULL.
1387  *
1388  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1389  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1390  *
1391  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1392  * always returned if we had blocked.  
1393  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1394  * This routine may not be called from an interrupt.
1395  * The returned page may not be entirely valid.
1396  *
1397  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1398  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1399  * index.
1400  */
1401 vm_page_t
1402 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1403 {
1404         vm_page_t m;
1405         int s, generation;
1406
1407         KKASSERT(allocflags &
1408                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1409         s = splvm();
1410 retrylookup:
1411         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1412                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1413                         generation = object->generation;
1414
1415                         while ((object->generation == generation) &&
1416                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1417                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1418                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1419                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1420                                         m = NULL;
1421                                         goto done;
1422                                 }
1423                         }
1424                         goto retrylookup;
1425                 } else {
1426                         vm_page_busy(m);
1427                         goto done;
1428                 }
1429         }
1430         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1431         if (m == NULL) {
1432                 VM_WAIT;
1433                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1434                         goto done;
1435                 goto retrylookup;
1436         }
1437 done:
1438         splx(s);
1439         return(m);
1440 }
1441
1442 /*
1443  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1444  * a page.  May not block.
1445  *
1446  * Inputs are required to range within a page.
1447  */
1448 __inline int
1449 vm_page_bits(int base, int size)
1450 {
1451         int first_bit;
1452         int last_bit;
1453
1454         KASSERT(
1455             base + size <= PAGE_SIZE,
1456             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1457         );
1458
1459         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1460                 return(0);
1461
1462         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1463         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1464
1465         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1466 }
1467
1468 /*
1469  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1470  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1471  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1472  * such chunks will be zero'd.
1473  *
1474  * This routine may not block.
1475  *
1476  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1477  */
1478 void
1479 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1480 {
1481         int pagebits;
1482         int frag;
1483         int endoff;
1484
1485         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1486                 return;
1487
1488         /*
1489          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1490          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1491          * first block.
1492          */
1493
1494         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1495             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1496         ) {
1497                 pmap_zero_page_area(
1498                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1499                     frag,
1500                     base - frag
1501                 );
1502         }
1503
1504         /*
1505          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1506          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1507          * the last block.
1508          */
1509
1510         endoff = base + size;
1511
1512         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1513             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1514         ) {
1515                 pmap_zero_page_area(
1516                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1517                     endoff,
1518                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1519                 );
1520         }
1521
1522         /*
1523          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1524          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1525          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1526          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1527          * be set again.
1528          *
1529          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1530          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1531          * the range.
1532          */
1533
1534         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1535         m->valid |= pagebits;
1536 #if 0   /* NOT YET */
1537         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1538                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1539                 base += frag;
1540                 size -= frag;
1541                 if (size < 0)
1542                     size = 0;
1543         }
1544         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1545 #endif
1546         m->dirty &= ~pagebits;
1547         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1548                 pmap_clear_modify(m);
1549                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1550         }
1551 }
1552
1553 void
1554 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1555 {
1556         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1557 }
1558
1559 /*
1560  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1561  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1562  *
1563  * May not block.
1564  */
1565 void
1566 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1567 {
1568         int bits;
1569
1570         bits = vm_page_bits(base, size);
1571         m->valid &= ~bits;
1572         m->dirty &= ~bits;
1573         m->object->generation++;
1574 }
1575
1576 /*
1577  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1578  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1579  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1580  * page so user code sees what it expects.
1581  *
1582  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1583  * into memory and the file's size is not page aligned.
1584  */
1585 void
1586 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1587 {
1588         int b;
1589         int i;
1590
1591         /*
1592          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1593          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1594          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1595          * vm_page_set_validclean().
1596          */
1597         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1598                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1599                     (m->valid & (1 << i))
1600                 ) {
1601                         if (i > b) {
1602                                 pmap_zero_page_area(
1603                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1604                                     b << DEV_BSHIFT,
1605                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1606                                 );
1607                         }
1608                         b = i + 1;
1609                 }
1610         }
1611
1612         /*
1613          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1614          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1615          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1616          */
1617         if (setvalid)
1618                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1619 }
1620
1621 /*
1622  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1623  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1624  * invalid, and TRUE otherwise.
1625  *
1626  * May not block.
1627  */
1628 int
1629 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1630 {
1631         int bits = vm_page_bits(base, size);
1632
1633         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1634                 return 1;
1635         else
1636                 return 0;
1637 }
1638
1639 /*
1640  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1641  */
1642 void
1643 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1644 {
1645         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1646                 vm_page_dirty(m);
1647         }
1648 }
1649
1650 #include "opt_ddb.h"
1651 #ifdef DDB
1652 #include <sys/kernel.h>
1653
1654 #include <ddb/ddb.h>
1655
1656 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1657 {
1658         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1659         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1660         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1661         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1662         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1663         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1664         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1665         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1666         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1667         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1668 }
1669
1670 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1671 {
1672         int i;
1673         db_printf("PQ_FREE:");
1674         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1675                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1676         }
1677         db_printf("\n");
1678                 
1679         db_printf("PQ_CACHE:");
1680         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1681                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1682         }
1683         db_printf("\n");
1684
1685         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1686                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1687                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1688 }
1689 #endif /* DDB */