Add an alignment feature to vm_map_findspace(). This feature will be used
[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 1.8 2003/08/25 17:01:13 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory management module.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void     vm_page_queue_init (void);
93 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
94
95 /*
96  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
97  *      page structure.
98  */
99
100 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
101 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
102 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
103 static volatile int vm_page_bucket_generation;
104
105 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
106
107 static void
108 vm_page_queue_init(void) {
109         int i;
110
111         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
112                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
113         }
114         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
115
116         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
118         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
119                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
120         }
121         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
122                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
123         }
124 }
125
126 vm_page_t vm_page_array = 0;
127 int vm_page_array_size = 0;
128 long first_page = 0;
129 int vm_page_zero_count = 0;
130
131 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
132 static void vm_page_free_wakeup (void);
133
134 /*
135  *      vm_set_page_size:
136  *
137  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
138  *      size.  Must be called before any use of page-size
139  *      dependent functions.
140  */
141 void
142 vm_set_page_size(void)
143 {
144         if (vmstats.v_page_size == 0)
145                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
146         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
147                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
148 }
149
150 /*
151  *      vm_add_new_page:
152  *
153  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
154  *      Must be called at splhigh().
155  */
156 vm_page_t
157 vm_add_new_page(vm_offset_t pa)
158 {
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         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
169         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
170         return (m);
171 }
172
173 /*
174  *      vm_page_startup:
175  *
176  *      Initializes the resident memory module.
177  *
178  *      Allocates memory for the page cells, and
179  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
180  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
181  */
182
183 vm_offset_t
184 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
185 {
186         vm_offset_t mapped;
187         struct vm_page **bucket;
188         vm_size_t npages, page_range;
189         vm_offset_t new_end;
190         int i;
191         vm_offset_t pa;
192         int nblocks;
193         vm_offset_t last_pa;
194
195         /* the biggest memory array is the second group of pages */
196         vm_offset_t end;
197         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
198
199         vm_offset_t total;
200
201         total = 0;
202         biggestsize = 0;
203         biggestone = 0;
204         nblocks = 0;
205         vaddr = round_page(vaddr);
206
207         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
208                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
209                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
210         }
211
212         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
213                 int size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
214
215                 if (size > biggestsize) {
216                         biggestone = i;
217                         biggestsize = size;
218                 }
219                 ++nblocks;
220                 total += size;
221         }
222
223         end = phys_avail[biggestone+1];
224
225         /*
226          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
227          * and the inactive queue.
228          */
229
230         vm_page_queue_init();
231
232         /*
233          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
234          *
235          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
236          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
237          * the system.  
238          *
239          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
240          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
241          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
242          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
243          *
244          * Note: This computation can be tweaked if desired.
245          */
246         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
247         bucket = vm_page_buckets;
248         if (vm_page_bucket_count == 0) {
249                 vm_page_bucket_count = 1;
250                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
251                         vm_page_bucket_count <<= 1;
252         }
253         vm_page_bucket_count <<= 1;
254         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
255
256         /*
257          * Validate these addresses.
258          */
259         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
260         new_end = trunc_page(new_end);
261         mapped = round_page(vaddr);
262         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
263             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
264         vaddr = round_page(vaddr);
265         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
266
267         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
268                 *bucket = NULL;
269                 bucket++;
270         }
271
272         /*
273          * Compute the number of pages of memory that will be available for
274          * use (taking into account the overhead of a page structure per
275          * page).
276          */
277
278         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
279
280         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
281         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
282             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
283
284         end = new_end;
285         /*
286          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
287          * queue.
288          */
289         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
290         mapped = vaddr;
291
292         /*
293          * Validate these addresses.
294          */
295
296         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
297         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
298             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
299
300         /*
301          * Clear all of the page structures
302          */
303         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
304         vm_page_array_size = page_range;
305
306         /*
307          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
308          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
309          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
310          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
311          */
312         vmstats.v_page_count = 0;
313         vmstats.v_free_count = 0;
314         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
315                 pa = phys_avail[i];
316                 if (i == biggestone)
317                         last_pa = new_end;
318                 else
319                         last_pa = phys_avail[i + 1];
320                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
321                         vm_add_new_page(pa);
322                         pa += PAGE_SIZE;
323                 }
324         }
325         return (mapped);
326 }
327
328 /*
329  *      vm_page_hash:
330  *
331  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
332  *
333  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
334  *      This routine may not block.
335  *
336  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
337  *      out in the hash table without it costing us too much.
338  */
339 static __inline int
340 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
341 {
342         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
343
344         return(i & vm_page_hash_mask);
345 }
346
347 void
348 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
349 {
350         --mem->hold_count;
351         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
352         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
353                 vm_page_free_toq(mem);
354 }
355
356 /*
357  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
358  *
359  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
360  *
361  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
362  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
363  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
364  *      here so we *can't* do this anyway.
365  *
366  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
367  *      This routine may not block.
368  */
369
370 void
371 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
372 {
373         struct vm_page **bucket;
374
375         if (m->object != NULL)
376                 panic("vm_page_insert: already inserted");
377
378         /*
379          * Record the object/offset pair in this page
380          */
381
382         m->object = object;
383         m->pindex = pindex;
384
385         /*
386          * Insert it into the object_object/offset hash table
387          */
388
389         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
390         m->hnext = *bucket;
391         *bucket = m;
392         vm_page_bucket_generation++;
393
394         /*
395          * Now link into the object's list of backed pages.
396          */
397
398         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
399         object->generation++;
400
401         /*
402          * show that the object has one more resident page.
403          */
404
405         object->resident_page_count++;
406
407         /*
408          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
409          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
410          */
411         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
412                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
413 }
414
415 /*
416  *      vm_page_remove:
417  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
418  *
419  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
420  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
421  *      the backing store.
422  *
423  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
424  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
425  *      This routine may not block.
426  */
427
428 void
429 vm_page_remove(vm_page_t m)
430 {
431         vm_object_t object;
432
433         if (m->object == NULL)
434                 return;
435
436         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
437                 panic("vm_page_remove: page not busy");
438         }
439
440         /*
441          * Basically destroy the page.
442          */
443
444         vm_page_wakeup(m);
445
446         object = m->object;
447
448         /*
449          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
450          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
451          *
452          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
453          * buffers with vm_page_lookup().
454          */
455
456         {
457                 struct vm_page **bucket;
458
459                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
460                 while (*bucket != m) {
461                         if (*bucket == NULL)
462                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
463                         bucket = &(*bucket)->hnext;
464                 }
465                 *bucket = m->hnext;
466                 m->hnext = NULL;
467                 vm_page_bucket_generation++;
468         }
469
470         /*
471          * Now remove from the object's list of backed pages.
472          */
473
474         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
475
476         /*
477          * And show that the object has one fewer resident page.
478          */
479
480         object->resident_page_count--;
481         object->generation++;
482
483         m->object = NULL;
484 }
485
486 /*
487  *      vm_page_lookup:
488  *
489  *      Returns the page associated with the object/offset
490  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
491  *
492  *      NOTE: the code below does not lock.  It will operate properly if
493  *      an interrupt makes a change, but the generation algorithm will not 
494  *      operate properly in an SMP environment where both cpu's are able to run
495  *      kernel code simultaneously.
496  *
497  *      The object must be locked.  No side effects.
498  *      This routine may not block.
499  *      This is a critical path routine
500  */
501
502 vm_page_t
503 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
504 {
505         vm_page_t m;
506         struct vm_page **bucket;
507         int generation;
508
509         /*
510          * Search the hash table for this object/offset pair
511          */
512
513 retry:
514         generation = vm_page_bucket_generation;
515         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
516         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
517                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
518                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
519                                 goto retry;
520                         return (m);
521                 }
522         }
523         if (vm_page_bucket_generation != generation)
524                 goto retry;
525         return (NULL);
526 }
527
528 /*
529  *      vm_page_rename:
530  *
531  *      Move the given memory entry from its
532  *      current object to the specified target object/offset.
533  *
534  *      The object must be locked.
535  *      This routine may not block.
536  *
537  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
538  *
539  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
540  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
541  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
542  *            moving the page from object A to B, and will then later move
543  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
544  *
545  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
546  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
547  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
548  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
549  *            on the cache.
550  */
551
552 void
553 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
554 {
555         int s;
556
557         s = splvm();
558         vm_page_remove(m);
559         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
560         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
561                 vm_page_deactivate(m);
562         vm_page_dirty(m);
563         splx(s);
564 }
565
566 /*
567  * vm_page_unqueue_nowakeup:
568  *
569  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
570  *
571  *      This routine must be called at splhigh().
572  *      This routine may not block.
573  */
574
575 void
576 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
577 {
578         int queue = m->queue;
579         struct vpgqueues *pq;
580         if (queue != PQ_NONE) {
581                 pq = &vm_page_queues[queue];
582                 m->queue = PQ_NONE;
583                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
584                 (*pq->cnt)--;
585                 pq->lcnt--;
586         }
587 }
588
589 /*
590  * vm_page_unqueue:
591  *
592  *      Remove a page from its queue.
593  *
594  *      This routine must be called at splhigh().
595  *      This routine may not block.
596  */
597
598 void
599 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
600 {
601         int queue = m->queue;
602         struct vpgqueues *pq;
603         if (queue != PQ_NONE) {
604                 m->queue = PQ_NONE;
605                 pq = &vm_page_queues[queue];
606                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
607                 (*pq->cnt)--;
608                 pq->lcnt--;
609                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
610                         if (vm_paging_needed())
611                                 pagedaemon_wakeup();
612                 }
613         }
614 }
615
616 #if PQ_L2_SIZE > 1
617
618 /*
619  *      vm_page_list_find:
620  *
621  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
622  *
623  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
624  *      that does not overload other nearby pages in the object in
625  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
626  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
627  *      to be virtual.
628  *
629  *      This routine must be called at splvm().
630  *      This routine may not block.
631  *
632  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
633  *      in vm_page.h
634  */
635 vm_page_t
636 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
637 {
638         int i;
639         vm_page_t m = NULL;
640         struct vpgqueues *pq;
641
642         pq = &vm_page_queues[basequeue];
643
644         /*
645          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
646          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
647          * blown it by missing the cache case so we do not care.
648          */
649
650         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
651                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
652                         break;
653
654                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
655                         break;
656         }
657         return(m);
658 }
659
660 #endif
661
662 /*
663  *      vm_page_select_cache:
664  *
665  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
666  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
667  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
668  *
669  *      This routine must be called at splvm().
670  *      This routine may not block.
671  */
672 vm_page_t
673 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
674 {
675         vm_page_t m;
676
677         while (TRUE) {
678                 m = vm_page_list_find(
679                     PQ_CACHE,
680                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
681                     FALSE
682                 );
683                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
684                                m->hold_count || m->wire_count)) {
685                         vm_page_deactivate(m);
686                         continue;
687                 }
688                 return m;
689         }
690 }
691
692 /*
693  *      vm_page_select_free:
694  *
695  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
696  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
697  *      otherwise.
698  *
699  *      This routine must be called at splvm().
700  *      This routine may not block.
701  */
702
703 static __inline vm_page_t
704 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
705 {
706         vm_page_t m;
707
708         m = vm_page_list_find(
709                 PQ_FREE,
710                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
711                 prefer_zero
712         );
713         return(m);
714 }
715
716 /*
717  *      vm_page_alloc:
718  *
719  *      Allocate and return a memory cell associated
720  *      with this VM object/offset pair.
721  *
722  *      page_req classes:
723  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
724  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
725  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
726  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
727  *
728  *      Object must be locked.
729  *      This routine may not block.
730  *
731  *      Additional special handling is required when called from an
732  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
733  *      the page cache in this case.
734  */
735
736 vm_page_t
737 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
738 {
739         vm_page_t m = NULL;
740         int s;
741
742         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
743                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
744
745         /*
746          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
747          */
748
749         if ((curthread == pagethread) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
750                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
751         };
752
753         s = splvm();
754
755 loop:
756         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved) {
757                 /*
758                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
759                  * in it.
760                  */
761                 if (page_req == VM_ALLOC_ZERO)
762                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
763                 else
764                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
765         } else if (
766             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
767              vmstats.v_cache_count == 0 && 
768              vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min) ||
769             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && vmstats.v_free_count > 0)
770         ) {
771                 /*
772                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
773                  */
774                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
775         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
776                 /*
777                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
778                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
779                  * vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
780                  */
781                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
782                 if (m == NULL) {
783                         splx(s);
784 #if defined(DIAGNOSTIC)
785                         if (vmstats.v_cache_count > 0)
786                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
787 #endif
788                         vm_pageout_deficit++;
789                         pagedaemon_wakeup();
790                         return (NULL);
791                 }
792                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
793                 vm_page_busy(m);
794                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
795                 vm_page_free(m);
796                 goto loop;
797         } else {
798                 /*
799                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
800                  */
801                 splx(s);
802                 vm_pageout_deficit++;
803                 pagedaemon_wakeup();
804                 return (NULL);
805         }
806
807         /*
808          *  At this point we had better have found a good page.
809          */
810
811         KASSERT(
812             m != NULL,
813             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
814         );
815
816         /*
817          * Remove from free queue
818          */
819
820         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
821
822         /*
823          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
824          */
825
826         if (m->flags & PG_ZERO) {
827                 vm_page_zero_count--;
828                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
829         } else {
830                 m->flags = PG_BUSY;
831         }
832         m->wire_count = 0;
833         m->hold_count = 0;
834         m->act_count = 0;
835         m->busy = 0;
836         m->valid = 0;
837         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
838
839         /*
840          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
841          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
842          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
843          * anywhere.
844          */
845
846         vm_page_insert(m, object, pindex);
847
848         /*
849          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
850          * we would be nearly out of memory.
851          */
852         if (vm_paging_needed())
853                 pagedaemon_wakeup();
854
855         splx(s);
856
857         return (m);
858 }
859
860 /*
861  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
862  *
863  *      Block until free pages are available for allocation
864  *      - Called in various places before memory allocations.
865  */
866
867 void
868 vm_wait(void)
869 {
870         int s;
871
872         s = splvm();
873         if (curthread == pagethread) {
874                 vm_pageout_pages_needed = 1;
875                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
876         } else {
877                 if (!vm_pages_needed) {
878                         vm_pages_needed = 1;
879                         wakeup(&vm_pages_needed);
880                 }
881                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
882         }
883         splx(s);
884 }
885
886 /*
887  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
888  *
889  *      Block until free pages are available for allocation
890  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
891  *        can be easily tracked.
892  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
893  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
894  *        this balance without careful testing first.
895  */
896
897 void
898 vm_waitpfault(void)
899 {
900         int s;
901
902         s = splvm();
903         if (!vm_pages_needed) {
904                 vm_pages_needed = 1;
905                 wakeup(&vm_pages_needed);
906         }
907         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
908         splx(s);
909 }
910
911 /*
912  *      vm_page_activate:
913  *
914  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
915  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
916  *      mess with it.
917  *
918  *      The page queues must be locked.
919  *      This routine may not block.
920  */
921 void
922 vm_page_activate(vm_page_t m)
923 {
924         int s;
925
926         s = splvm();
927         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
928                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
929                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
930
931                 vm_page_unqueue(m);
932
933                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
934                         m->queue = PQ_ACTIVE;
935                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
936                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
937                         if (m->act_count < ACT_INIT)
938                                 m->act_count = ACT_INIT;
939                         vmstats.v_active_count++;
940                 }
941         } else {
942                 if (m->act_count < ACT_INIT)
943                         m->act_count = ACT_INIT;
944         }
945
946         splx(s);
947 }
948
949 /*
950  *      vm_page_free_wakeup:
951  *
952  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
953  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
954  *      queues.
955  *
956  *      This routine may not block.
957  *      This routine must be called at splvm()
958  */
959 static __inline void
960 vm_page_free_wakeup(void)
961 {
962         /*
963          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
964          * some free.
965          */
966         if (vm_pageout_pages_needed &&
967             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= vmstats.v_pageout_free_min) {
968                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
969                 vm_pageout_pages_needed = 0;
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         vm_object_t object = m->object;
998
999         s = splvm();
1000
1001         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1002
1003         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1004                 printf(
1005                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1006                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1007                     m->hold_count);
1008                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1009                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1010                 else
1011                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1012         }
1013
1014         /*
1015          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1016          * the page here because we do not want to call the pager's
1017          * callback routine until after we've put the page on the
1018          * appropriate free queue.
1019          */
1020
1021         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1022         vm_page_remove(m);
1023
1024         /*
1025          * If fictitious remove object association and
1026          * return, otherwise delay object association removal.
1027          */
1028
1029         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1030                 splx(s);
1031                 return;
1032         }
1033
1034         m->valid = 0;
1035         vm_page_undirty(m);
1036
1037         if (m->wire_count != 0) {
1038                 if (m->wire_count > 1) {
1039                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1040                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1041                 }
1042                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1043         }
1044
1045         /*
1046          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1047          * it up.
1048          */
1049
1050         if (object && 
1051             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1052             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1053         ) {
1054                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1055
1056                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1057                         vfree(vp);
1058         }
1059
1060         /*
1061          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1062          */
1063
1064         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1065             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1066         } else {
1067 #ifdef __alpha__
1068             pmap_page_is_free(m);
1069 #endif
1070         }
1071
1072         if (m->hold_count != 0) {
1073                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1074                 m->queue = PQ_HOLD;
1075         } else
1076                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1077         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1078         pq->lcnt++;
1079         ++(*pq->cnt);
1080
1081         /*
1082          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1083          * first ) and non-zerod pages at the head.
1084          */
1085
1086         if (m->flags & PG_ZERO) {
1087                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1088                 ++vm_page_zero_count;
1089         } else {
1090                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1091         }
1092
1093         vm_page_free_wakeup();
1094
1095         splx(s);
1096 }
1097
1098 /*
1099  *      vm_page_unmanage:
1100  *
1101  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1102  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1103  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1104  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1105  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1106  *      operate on the page.
1107  *
1108  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1109  *      will clear the flag.
1110  *
1111  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1112  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1113  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1114  *      mappings.
1115  */
1116
1117 void
1118 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1119 {
1120         int s;
1121
1122         s = splvm();
1123         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1124                 if (m->wire_count == 0)
1125                         vm_page_unqueue(m);
1126         }
1127         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1128         splx(s);
1129 }
1130
1131 /*
1132  *      vm_page_wire:
1133  *
1134  *      Mark this page as wired down by yet
1135  *      another map, removing it from paging queues
1136  *      as necessary.
1137  *
1138  *      The page queues must be locked.
1139  *      This routine may not block.
1140  */
1141 void
1142 vm_page_wire(vm_page_t m)
1143 {
1144         int s;
1145
1146         /*
1147          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1148          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1149          * it is already off the queues).
1150          */
1151         s = splvm();
1152         if (m->wire_count == 0) {
1153                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1154                         vm_page_unqueue(m);
1155                 vmstats.v_wire_count++;
1156         }
1157         m->wire_count++;
1158         KASSERT(m->wire_count != 0,
1159             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1160
1161         splx(s);
1162         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1163 }
1164
1165 /*
1166  *      vm_page_unwire:
1167  *
1168  *      Release one wiring of this page, potentially
1169  *      enabling it to be paged again.
1170  *
1171  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1172  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1173  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1174  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1175  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1176  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1177  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1178  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1179  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1180  *      reused more quickly.
1181  *
1182  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1183  *      put clean pages on the cache queue.
1184  *
1185  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1186  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1187  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1188  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1189  *
1190  *      The page queues must be locked.
1191  *      This routine may not block.
1192  */
1193 void
1194 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1195 {
1196         int s;
1197
1198         s = splvm();
1199
1200         if (m->wire_count > 0) {
1201                 m->wire_count--;
1202                 if (m->wire_count == 0) {
1203                         vmstats.v_wire_count--;
1204                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1205                                 ;
1206                         } else if (activate) {
1207                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1208                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1209                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1210                                 vmstats.v_active_count++;
1211                         } else {
1212                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1213                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1214                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1215                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1216                                 vmstats.v_inactive_count++;
1217                         }
1218                 }
1219         } else {
1220                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1221         }
1222         splx(s);
1223 }
1224
1225
1226 /*
1227  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1228  * any associated swap, the swap is deallocated.
1229  *
1230  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1231  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1232  * except without unmapping it from the process address space.
1233  *
1234  * This routine may not block.
1235  */
1236 static __inline void
1237 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1238 {
1239         int s;
1240
1241         /*
1242          * Ignore if already inactive.
1243          */
1244         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1245                 return;
1246
1247         s = splvm();
1248         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1249                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1250                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1251                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1252                 vm_page_unqueue(m);
1253                 if (athead)
1254                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1255                 else
1256                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1257                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1258                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1259                 vmstats.v_inactive_count++;
1260         }
1261         splx(s);
1262 }
1263
1264 void
1265 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1266 {
1267     _vm_page_deactivate(m, 0);
1268 }
1269
1270 /*
1271  * vm_page_try_to_cache:
1272  *
1273  * Returns 0 on failure, 1 on success
1274  */
1275 int
1276 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1277 {
1278         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1279             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1280                 return(0);
1281         }
1282         vm_page_test_dirty(m);
1283         if (m->dirty)
1284                 return(0);
1285         vm_page_cache(m);
1286         return(1);
1287 }
1288
1289 /*
1290  * vm_page_try_to_free()
1291  *
1292  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1293  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1294  */
1295
1296 int
1297 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1298 {
1299         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1300             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1301                 return(0);
1302         }
1303         vm_page_test_dirty(m);
1304         if (m->dirty)
1305                 return(0);
1306         vm_page_busy(m);
1307         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1308         vm_page_free(m);
1309         return(1);
1310 }
1311
1312
1313 /*
1314  * vm_page_cache
1315  *
1316  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1317  *
1318  * This routine may not block.
1319  */
1320 void
1321 vm_page_cache(vm_page_t m)
1322 {
1323         int s;
1324
1325         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1326                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1327                 return;
1328         }
1329         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1330                 return;
1331
1332         /*
1333          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1334          * writeable or mapped.
1335          */
1336
1337         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1338         if (m->dirty != 0) {
1339                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1340                         (long)m->pindex);
1341         }
1342         s = splvm();
1343         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1344         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1345         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1346         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1347         vmstats.v_cache_count++;
1348         vm_page_free_wakeup();
1349         splx(s);
1350 }
1351
1352 /*
1353  * vm_page_dontneed
1354  *
1355  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1356  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1357  *
1358  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1359  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1360  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1361  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1362  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1363  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1364  *
1365  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1366  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1367  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1368  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1369  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1370  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1371  *      often.
1372  */
1373
1374 void
1375 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1376 {
1377         static int dnweight;
1378         int dnw;
1379         int head;
1380
1381         dnw = ++dnweight;
1382
1383         /*
1384          * occassionally leave the page alone
1385          */
1386
1387         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1388             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1389             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1390         ) {
1391                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1392                         --m->act_count;
1393                 return;
1394         }
1395
1396         if (m->dirty == 0)
1397                 vm_page_test_dirty(m);
1398
1399         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1400                 /*
1401                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1402                  */
1403                 head = 0;
1404         } else {
1405                 /*
1406                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1407                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1408                  * at the head of the queue instead of the tail.
1409                  */
1410                 head = 1;
1411         }
1412         _vm_page_deactivate(m, head);
1413 }
1414
1415 /*
1416  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1417  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1418  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1419  *
1420  * This routine may block.
1421  */
1422 vm_page_t
1423 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1424 {
1425
1426         vm_page_t m;
1427         int s, generation;
1428
1429 retrylookup:
1430         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1431                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1432                         generation = object->generation;
1433
1434                         s = splvm();
1435                         while ((object->generation == generation) &&
1436                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1437                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1438                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1439                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1440                                         splx(s);
1441                                         return NULL;
1442                                 }
1443                         }
1444                         splx(s);
1445                         goto retrylookup;
1446                 } else {
1447                         vm_page_busy(m);
1448                         return m;
1449                 }
1450         }
1451
1452         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1453         if (m == NULL) {
1454                 VM_WAIT;
1455                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1456                         return NULL;
1457                 goto retrylookup;
1458         }
1459
1460         return m;
1461 }
1462
1463 /*
1464  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1465  * a page.  May not block.
1466  *
1467  * Inputs are required to range within a page.
1468  */
1469
1470 __inline int
1471 vm_page_bits(int base, int size)
1472 {
1473         int first_bit;
1474         int last_bit;
1475
1476         KASSERT(
1477             base + size <= PAGE_SIZE,
1478             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1479         );
1480
1481         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1482                 return(0);
1483
1484         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1485         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1486
1487         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1488 }
1489
1490 /*
1491  *      vm_page_set_validclean:
1492  *
1493  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1494  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1495  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1496  *      such chunks will be zero'd.
1497  *
1498  *      This routine may not block.
1499  *
1500  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1501  */
1502 void
1503 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1504 {
1505         int pagebits;
1506         int frag;
1507         int endoff;
1508
1509         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1510                 return;
1511
1512         /*
1513          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1514          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1515          * first block.
1516          */
1517
1518         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1519             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1520         ) {
1521                 pmap_zero_page_area(
1522                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1523                     frag,
1524                     base - frag
1525                 );
1526         }
1527
1528         /*
1529          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1530          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1531          * the last block.
1532          */
1533
1534         endoff = base + size;
1535
1536         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1537             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1538         ) {
1539                 pmap_zero_page_area(
1540                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1541                     endoff,
1542                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1543                 );
1544         }
1545
1546         /*
1547          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1548          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1549          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1550          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1551          * be set again.
1552          *
1553          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1554          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1555          * the range.
1556          */
1557
1558         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1559         m->valid |= pagebits;
1560 #if 0   /* NOT YET */
1561         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1562                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1563                 base += frag;
1564                 size -= frag;
1565                 if (size < 0)
1566                     size = 0;
1567         }
1568         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1569 #endif
1570         m->dirty &= ~pagebits;
1571         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1572                 pmap_clear_modify(m);
1573                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1574         }
1575 }
1576
1577 #if 0
1578
1579 void
1580 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1581 {
1582         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1583 }
1584
1585 #endif
1586
1587 void
1588 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1589 {
1590         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1591 }
1592
1593 /*
1594  *      vm_page_set_invalid:
1595  *
1596  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1597  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1598  *
1599  *      May not block.
1600  */
1601 void
1602 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1603 {
1604         int bits;
1605
1606         bits = vm_page_bits(base, size);
1607         m->valid &= ~bits;
1608         m->dirty &= ~bits;
1609         m->object->generation++;
1610 }
1611
1612 /*
1613  * vm_page_zero_invalid()
1614  *
1615  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1616  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1617  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1618  *      page so user code sees what it expects.
1619  *
1620  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1621  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1622  */
1623
1624 void
1625 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1626 {
1627         int b;
1628         int i;
1629
1630         /*
1631          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1632          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1633          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1634          * vm_page_set_validclean().
1635          */
1636
1637         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1638                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1639                     (m->valid & (1 << i))
1640                 ) {
1641                         if (i > b) {
1642                                 pmap_zero_page_area(
1643                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1644                                     b << DEV_BSHIFT,
1645                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1646                                 );
1647                         }
1648                         b = i + 1;
1649                 }
1650         }
1651
1652         /*
1653          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1654          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1655          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1656          */
1657
1658         if (setvalid)
1659                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1660 }
1661
1662 /*
1663  *      vm_page_is_valid:
1664  *
1665  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1666  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1667  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1668  *
1669  *      May not block.
1670  */
1671
1672 int
1673 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1674 {
1675         int bits = vm_page_bits(base, size);
1676
1677         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1678                 return 1;
1679         else
1680                 return 0;
1681 }
1682
1683 /*
1684  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1685  */
1686
1687 void
1688 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1689 {
1690         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1691                 vm_page_dirty(m);
1692         }
1693 }
1694
1695 /*
1696  * This interface is for merging with malloc() someday.
1697  * Even if we never implement compaction so that contiguous allocation
1698  * works after initialization time, malloc()'s data structures are good
1699  * for statistics and for allocations of less than a page.
1700  */
1701 void *
1702 contigmalloc1(
1703         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1704         struct malloc_type *type,
1705         int flags,
1706         unsigned long low,
1707         unsigned long high,
1708         unsigned long alignment,
1709         unsigned long boundary,
1710         vm_map_t map)
1711 {
1712         int i, s, start;
1713         vm_offset_t addr, phys, tmp_addr;
1714         int pass;
1715         vm_page_t pga = vm_page_array;
1716
1717         size = round_page(size);
1718         if (size == 0)
1719                 panic("contigmalloc1: size must not be 0");
1720         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
1721                 panic("contigmalloc1: alignment must be a power of 2");
1722         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
1723                 panic("contigmalloc1: boundary must be a power of 2");
1724
1725         start = 0;
1726         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
1727                 s = splvm();
1728 again:
1729                 /*
1730                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
1731                  * such that the boundary won't be crossed.
1732                  */
1733                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
1734                         int pqtype;
1735                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
1736                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1737                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
1738                             (phys >= low) && (phys < high) &&
1739                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
1740                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
1741                                 break;
1742                 }
1743
1744                 /*
1745                  * If the above failed or we will exceed the upper bound, fail.
1746                  */
1747                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
1748                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
1749                         vm_page_t m, next;
1750
1751 again1:
1752                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl);
1753                                 m != NULL;
1754                                 m = next) {
1755
1756                                 KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
1757                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_INACTIVE", m));
1758
1759                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1760                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
1761                                         goto again1;
1762                                 vm_page_test_dirty(m);
1763                                 if (m->dirty) {
1764                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1765                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
1766                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1767                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curthread);
1768                                                 goto again1;
1769                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1770                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1771                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1772                                                 goto again1;
1773                                         }
1774                                 }
1775                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1776                                         vm_page_cache(m);
1777                         }
1778
1779                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl);
1780                                 m != NULL;
1781                                 m = next) {
1782
1783                                 KASSERT(m->queue == PQ_ACTIVE,
1784                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_ACTIVE", m));
1785
1786                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1787                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw1"))
1788                                         goto again1;
1789                                 vm_page_test_dirty(m);
1790                                 if (m->dirty) {
1791                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1792                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
1793                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1794                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curthread);
1795                                                 goto again1;
1796                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1797                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1798                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1799                                                 goto again1;
1800                                         }
1801                                 }
1802                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1803                                         vm_page_cache(m);
1804                         }
1805
1806                         splx(s);
1807                         continue;
1808                 }
1809                 start = i;
1810
1811                 /*
1812                  * Check successive pages for contiguous and free.
1813                  */
1814                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1815                         int pqtype;
1816                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1817                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
1818                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
1819                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
1820                                 start++;
1821                                 goto again;
1822                         }
1823                 }
1824
1825                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1826                         int pqtype;
1827                         vm_page_t m = &pga[i];
1828
1829                         pqtype = m->queue - m->pc;
1830                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
1831                                 vm_page_busy(m);
1832                                 vm_page_free(m);
1833                         }
1834                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1835                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1836                         if (m->flags & PG_ZERO)
1837                                 vm_page_zero_count--;
1838                         m->flags = 0;
1839                         KASSERT(m->dirty == 0, ("contigmalloc1: page %p was dirty", m));
1840                         m->wire_count = 0;
1841                         m->busy = 0;
1842                         m->object = NULL;
1843                 }
1844
1845                 /*
1846                  * We've found a contiguous chunk that meets are requirements.
1847                  * Allocate kernel VM, unfree and assign the physical pages to it and
1848                  * return kernel VM pointer.
1849                  */
1850                 vm_map_lock(map);
1851                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) !=
1852                     KERN_SUCCESS) {
1853                         /*
1854                          * XXX We almost never run out of kernel virtual
1855                          * space, so we don't make the allocated memory
1856                          * above available.
1857                          */
1858                         vm_map_unlock(map);
1859                         splx(s);
1860                         return (NULL);
1861                 }
1862                 vm_object_reference(kernel_object);
1863                 vm_map_insert(map, kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
1864                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
1865                 vm_map_unlock(map);
1866
1867                 tmp_addr = addr;
1868                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1869                         vm_page_t m = &pga[i];
1870                         vm_page_insert(m, kernel_object,
1871                                 OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
1872                         tmp_addr += PAGE_SIZE;
1873                 }
1874                 vm_map_pageable(map, addr, addr + size, FALSE);
1875
1876                 splx(s);
1877                 return ((void *)addr);
1878         }
1879         return NULL;
1880 }
1881
1882 void *
1883 contigmalloc(
1884         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1885         struct malloc_type *type,
1886         int flags,
1887         unsigned long low,
1888         unsigned long high,
1889         unsigned long alignment,
1890         unsigned long boundary)
1891 {
1892         return contigmalloc1(size, type, flags, low, high, alignment, boundary,
1893                              kernel_map);
1894 }
1895
1896 void
1897 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
1898 {
1899         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
1900 }
1901
1902 vm_offset_t
1903 vm_page_alloc_contig(
1904         vm_offset_t size,
1905         vm_offset_t low,
1906         vm_offset_t high,
1907         vm_offset_t alignment)
1908 {
1909         return ((vm_offset_t)contigmalloc1(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low, high,
1910                                           alignment, 0ul, kernel_map));
1911 }
1912
1913 #include "opt_ddb.h"
1914 #ifdef DDB
1915 #include <sys/kernel.h>
1916
1917 #include <ddb/ddb.h>
1918
1919 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1920 {
1921         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1922         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1923         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1924         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1925         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1926         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1927         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1928         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1929         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1930         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1931 }
1932
1933 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1934 {
1935         int i;
1936         db_printf("PQ_FREE:");
1937         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1938                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1939         }
1940         db_printf("\n");
1941                 
1942         db_printf("PQ_CACHE:");
1943         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1944                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1945         }
1946         db_printf("\n");
1947
1948         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1949                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1950                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1951 }
1952 #endif /* DDB */