kernel - Remove unneeded critical sections from VM code, add pmap asserts
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
19  *    must display the following acknowledgement:
20  *      This product includes software developed by the University of
21  *      California, Berkeley and its contributors.
22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
24  *    without specific prior written permission.
25  *
26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
39  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
40  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.40 2008/08/25 17:01:42 dillon Exp $
41  */
42
43 /*
44  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
45  * All rights reserved.
46  *
47  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
48  *
49  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
50  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
51  * notice and this permission notice appear in all copies of the
52  * software, derivative works or modified versions, and any portions
53  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
54  *
55  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
56  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
57  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
58  *
59  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
60  *
61  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
62  *  School of Computer Science
63  *  Carnegie Mellon University
64  *  Pittsburgh PA 15213-3890
65  *
66  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
67  * rights to redistribute these changes.
68  */
69 /*
70  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
71  * A VM page is the core building block for memory management.
72  */
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/malloc.h>
77 #include <sys/proc.h>
78 #include <sys/vmmeter.h>
79 #include <sys/vnode.h>
80 #include <sys/kernel.h>
81
82 #include <vm/vm.h>
83 #include <vm/vm_param.h>
84 #include <sys/lock.h>
85 #include <vm/vm_kern.h>
86 #include <vm/pmap.h>
87 #include <vm/vm_map.h>
88 #include <vm/vm_object.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_pageout.h>
91 #include <vm/vm_pager.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/swap_pager.h>
94
95 #include <machine/md_var.h>
96
97 #include <vm/vm_page2.h>
98 #include <sys/mplock2.h>
99
100 #define VMACTION_HSIZE  256
101 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
102
103 static void vm_page_queue_init(void);
104 static void vm_page_free_wakeup(void);
105 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
106 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
107
108 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
109
110 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
111 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
112 static volatile int vm_pages_waiting;
113
114
115 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
116              vm_pindex_t, pindex);
117
118 static void
119 vm_page_queue_init(void) 
120 {
121         int i;
122
123         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
124                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
125         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
126                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
127
128         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
129         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
130         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
131         /* PQ_NONE has no queue */
132
133         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
134                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
135
136         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
137                 LIST_INIT(&action_list[i]);
138 }
139
140 /*
141  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
142  */
143 long first_page = 0;
144 int vm_page_array_size = 0;
145 int vm_page_zero_count = 0;
146 vm_page_t vm_page_array = 0;
147
148 /*
149  * (low level boot)
150  *
151  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
152  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
153  */
154 void
155 vm_set_page_size(void)
156 {
157         if (vmstats.v_page_size == 0)
158                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
159         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
160                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
161 }
162
163 /*
164  * (low level boot)
165  *
166  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
167  * are added to both the head and tail of the associated free page
168  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
169  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
170  *
171  * Must be called in a critical section.
172  */
173 vm_page_t
174 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
175 {
176         struct vpgqueues *vpq;
177         vm_page_t m;
178
179         ++vmstats.v_page_count;
180         ++vmstats.v_free_count;
181         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
182         m->phys_addr = pa;
183         m->flags = 0;
184         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
185         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
186         KKASSERT(m->dirty == 0);
187
188         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
189         if (vpq->flipflop)
190                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
191         else
192                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
193         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
194
195         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
196         return (m);
197 }
198
199 /*
200  * (low level boot)
201  *
202  * Initializes the resident memory module.
203  *
204  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
205  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
206  * free list.
207  *
208  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
209  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
210  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
211  * already in use by the kernel.
212  */
213 vm_offset_t
214 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
215 {
216         vm_offset_t mapped;
217         vm_size_t npages;
218         vm_paddr_t page_range;
219         vm_paddr_t new_end;
220         int i;
221         vm_paddr_t pa;
222         int nblocks;
223         vm_paddr_t last_pa;
224         vm_paddr_t end;
225         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
226         vm_paddr_t total;
227
228         total = 0;
229         biggestsize = 0;
230         biggestone = 0;
231         nblocks = 0;
232         vaddr = round_page(vaddr);
233
234         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
235                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
236                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
237         }
238
239         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
240                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
241
242                 if (size > biggestsize) {
243                         biggestone = i;
244                         biggestsize = size;
245                 }
246                 ++nblocks;
247                 total += size;
248         }
249
250         end = phys_avail[biggestone+1];
251         end = trunc_page(end);
252
253         /*
254          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
255          * and the inactive queue.
256          */
257
258         vm_page_queue_init();
259
260         /* VKERNELs don't support minidumps and as such don't need vm_page_dump */
261 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
262         /*
263          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
264          * needs to be included in a minidump.
265          *
266          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
267          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
268          *
269          * However, i386 still needs this workspace internally within the
270          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
271          * included should the sf_buf code decide to use them.
272          */
273         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
274         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
275         end -= vm_page_dump_size;
276         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
277             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
278         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
279 #endif
280
281         /*
282          * Compute the number of pages of memory that will be available for
283          * use (taking into account the overhead of a page structure per
284          * page).
285          */
286         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
287         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
288         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
289
290         /*
291          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
292          * queue.
293          */
294         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
295         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
296             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
297         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
298
299 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
300         /*
301          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
302          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
303          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
304          */
305         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
306                 dump_add_page(pa);
307 #endif
308
309         /*
310          * Clear all of the page structures
311          */
312         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
313         vm_page_array_size = page_range;
314
315         /*
316          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
317          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
318          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
319          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
320          */
321         vmstats.v_page_count = 0;
322         vmstats.v_free_count = 0;
323         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
324                 pa = phys_avail[i];
325                 if (i == biggestone)
326                         last_pa = new_end;
327                 else
328                         last_pa = phys_avail[i + 1];
329                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
330                         vm_add_new_page(pa);
331                         pa += PAGE_SIZE;
332                 }
333         }
334         return (vaddr);
335 }
336
337 /*
338  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
339  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
340  */
341 int
342 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
343 {
344         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
345
346         if (p->pindex < info->start_pindex)
347                 return(-1);
348         if (p->pindex > info->end_pindex)
349                 return(1);
350         return(0);
351 }
352
353 int
354 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
355 {
356         if (p1->pindex < p2->pindex)
357                 return(-1);
358         if (p1->pindex > p2->pindex)
359                 return(1);
360         return(0);
361 }
362
363 /*
364  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
365  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
366  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
367  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
368  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
369  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
370  * page from being disassociated from its object too).
371  *
372  * The caller must hold vm_token.
373  *
374  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
375  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
376  * before manipulating the page.
377  */
378 void
379 vm_page_hold(vm_page_t m)
380 {
381         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
382         ++m->hold_count;
383 }
384
385 /*
386  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
387  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
388  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
389  *
390  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired,
391  * but otherwise does not need to.
392  */
393 void
394 vm_page_unhold(vm_page_t m)
395 {
396         lwkt_gettoken(&vm_token);
397         --m->hold_count;
398         KASSERT(m->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
399         if (m->hold_count == 0 && m->queue == PQ_HOLD) {
400                 vm_page_busy(m);
401                 vm_page_free_toq(m);
402         }
403         lwkt_reltoken(&vm_token);
404 }
405
406 /*
407  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
408  *
409  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
410  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
411  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
412  * here so we *can't* do this anyway.
413  *
414  * This routine may not block.
415  * This routine must be called with the vm_token held.
416  * This routine must be called with a critical section held.
417  */
418 void
419 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
420 {
421         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
422         if (m->object != NULL)
423                 panic("vm_page_insert: already inserted");
424
425         /*
426          * Record the object/offset pair in this page
427          */
428         m->object = object;
429         m->pindex = pindex;
430
431         /*
432          * Insert it into the object.
433          */
434         vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m);
435         object->generation++;
436
437         /*
438          * show that the object has one more resident page.
439          */
440         object->resident_page_count++;
441
442         /*
443          * Add the pv_list_cout of the page when its inserted in
444          * the object
445         */
446         object->agg_pv_list_count = object->agg_pv_list_count + m->md.pv_list_count;
447
448         /*
449          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
450          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
451          */
452         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
453                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
454
455         /*
456          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
457          */
458         swap_pager_page_inserted(m);
459 }
460
461 /*
462  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
463  * and from the object's memq.
464  *
465  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
466  * This routine may not block.
467  *
468  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
469  * No other requirements.
470  *
471  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
472  *       it busy.
473  */
474 void
475 vm_page_remove(vm_page_t m)
476 {
477         vm_object_t object;
478
479         lwkt_gettoken(&vm_token);
480         if (m->object == NULL) {
481                 lwkt_reltoken(&vm_token);
482                 return;
483         }
484
485         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
486                 panic("vm_page_remove: page not busy");
487
488         object = m->object;
489
490         /*
491          * Remove the page from the object and update the object.
492          */
493         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
494         object->resident_page_count--;
495         object->agg_pv_list_count = object->agg_pv_list_count - m->md.pv_list_count;
496         object->generation++;
497         m->object = NULL;
498
499         lwkt_reltoken(&vm_token);
500 }
501
502 /*
503  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
504  * page could not be found.
505  *
506  * The caller must hold vm_token.
507  */
508 vm_page_t
509 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
510 {
511         vm_page_t m;
512
513         /*
514          * Search the hash table for this object/offset pair
515          */
516         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
517         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
518         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
519         return(m);
520 }
521
522 /*
523  * vm_page_rename()
524  *
525  * Move the given memory entry from its current object to the specified
526  * target object/offset.
527  *
528  * The object must be locked.
529  * This routine may not block.
530  *
531  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
532  *
533  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
534  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
535  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
536  *       moving the page from object A to B, and will then later move
537  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
538  *
539  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
540  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
541  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
542  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
543  *       on the cache.
544  */
545 void
546 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
547 {
548         lwkt_gettoken(&vm_token);
549         vm_page_remove(m);
550         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
551         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
552                 vm_page_deactivate(m);
553         vm_page_dirty(m);
554         vm_page_wakeup(m);
555         lwkt_reltoken(&vm_token);
556 }
557
558 /*
559  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
560  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
561  * caller.
562  *
563  * The caller must hold vm_token
564  * This routine may not block.
565  */
566 void
567 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
568 {
569         int queue = m->queue;
570         struct vpgqueues *pq;
571
572         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
573         if (queue != PQ_NONE) {
574                 pq = &vm_page_queues[queue];
575                 m->queue = PQ_NONE;
576                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
577                 (*pq->cnt)--;
578                 pq->lcnt--;
579         }
580 }
581
582 /*
583  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
584  * if necessary.
585  *
586  * The caller must hold vm_token
587  * This routine may not block.
588  */
589 void
590 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
591 {
592         int queue = m->queue;
593         struct vpgqueues *pq;
594
595         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
596         if (queue != PQ_NONE) {
597                 m->queue = PQ_NONE;
598                 pq = &vm_page_queues[queue];
599                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
600                 (*pq->cnt)--;
601                 pq->lcnt--;
602                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
603                         pagedaemon_wakeup();
604         }
605 }
606
607 /*
608  * vm_page_list_find()
609  *
610  * Find a page on the specified queue with color optimization.
611  *
612  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
613  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
614  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
615  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
616  *
617  * Must be called with vm_token held.
618  * This routine may not block.
619  *
620  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
621  * is available for outside callers but the only critical path is
622  * from within this source file.
623  */
624 static __inline
625 vm_page_t
626 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
627 {
628         vm_page_t m;
629
630         if (prefer_zero)
631                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
632         else
633                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
634         if (m == NULL)
635                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
636         return(m);
637 }
638
639 static vm_page_t
640 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
641 {
642         int i;
643         vm_page_t m = NULL;
644         struct vpgqueues *pq;
645
646         pq = &vm_page_queues[basequeue];
647
648         /*
649          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
650          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
651          * blown it by missing the cache case so we do not care.
652          */
653
654         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
655                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
656                         break;
657
658                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
659                         break;
660         }
661         return(m);
662 }
663
664 /*
665  * Must be called with vm_token held if the caller desired non-blocking
666  * operation and a stable result.
667  */
668 vm_page_t
669 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
670 {
671         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
672 }
673
674 /*
675  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
676  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
677  * keeps us from using potentially busy cached pages.
678  *
679  * This routine may not block.
680  * Must be called with vm_token held.
681  */
682 vm_page_t
683 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
684 {
685         vm_page_t m;
686
687         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
688         while (TRUE) {
689                 m = _vm_page_list_find(
690                     PQ_CACHE,
691                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
692                     FALSE
693                 );
694                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
695                                m->hold_count || m->wire_count)) {
696                         vm_page_deactivate(m);
697                         continue;
698                 }
699                 return m;
700         }
701         /* not reached */
702 }
703
704 /*
705  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
706  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
707  * otherwise.
708  *
709  * This routine must be called with a critical section held.
710  * This routine may not block.
711  */
712 static __inline vm_page_t
713 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
714 {
715         vm_page_t m;
716
717         m = _vm_page_list_find(
718                 PQ_FREE,
719                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
720                 prefer_zero
721         );
722         return(m);
723 }
724
725 /*
726  * vm_page_alloc()
727  *
728  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
729  * pair.
730  *
731  *      page_req classes:
732  *
733  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
734  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
735  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
736  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
737  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
738  *
739  * The object must be locked.
740  * This routine may not block.
741  * The returned page will be marked PG_BUSY
742  *
743  * Additional special handling is required when called from an interrupt
744  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
745  * in this case.
746  */
747 vm_page_t
748 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
749 {
750         vm_page_t m = NULL;
751
752         lwkt_gettoken(&vm_token);
753         
754         KKASSERT(object != NULL);
755         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
756                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
757         KKASSERT(page_req & 
758                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
759                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
760
761         /*
762          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
763          * allowed to eat deeper into the free page list.
764          */
765         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
766                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
767
768 loop:
769         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
770             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
771             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
772                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
773         ) {
774                 /*
775                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
776                  */
777                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
778                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
779                 else
780                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
781         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
782                 /*
783                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
784                  * success, we must free the page and try again, thus
785                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
786                  */
787 #ifdef INVARIANTS
788                 if (curthread->td_preempted) {
789                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
790                                 " cache page from preempting interrupt\n");
791                         m = NULL;
792                 } else {
793                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
794                 }
795 #else
796                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
797 #endif
798                 /*
799                  * On success move the page into the free queue and loop.
800                  */
801                 if (m != NULL) {
802                         KASSERT(m->dirty == 0,
803                             ("Found dirty cache page %p", m));
804                         vm_page_busy(m);
805                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
806                         vm_page_free(m);
807                         goto loop;
808                 }
809
810                 /*
811                  * On failure return NULL
812                  */
813                 lwkt_reltoken(&vm_token);
814 #if defined(DIAGNOSTIC)
815                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
816                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
817 #endif
818                 vm_pageout_deficit++;
819                 pagedaemon_wakeup();
820                 return (NULL);
821         } else {
822                 /*
823                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
824                  */
825                 lwkt_reltoken(&vm_token);
826                 vm_pageout_deficit++;
827                 pagedaemon_wakeup();
828                 return (NULL);
829         }
830
831         /*
832          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
833          * a critical section.
834          */
835         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
836         KASSERT(m->dirty == 0, 
837                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
838
839         /*
840          * Remove from free queue
841          */
842         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
843
844         /*
845          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
846          * the page PG_BUSY
847          */
848         if (m->flags & PG_ZERO) {
849                 vm_page_zero_count--;
850                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
851         } else {
852                 m->flags = PG_BUSY;
853         }
854         m->wire_count = 0;
855         m->hold_count = 0;
856         m->act_count = 0;
857         m->busy = 0;
858         m->valid = 0;
859
860         /*
861          * vm_page_insert() is safe while holding vm_token.  Note also that
862          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
863          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
864          * anywhere.
865          */
866         vm_page_insert(m, object, pindex);
867
868         /*
869          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
870          * we would be nearly out of memory.
871          */
872         pagedaemon_wakeup();
873
874         lwkt_reltoken(&vm_token);
875
876         /*
877          * A PG_BUSY page is returned.
878          */
879         return (m);
880 }
881
882 /*
883  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
884  * operations.
885  */
886 void
887 vm_wait_nominal(void)
888 {
889         while (vm_page_count_min(0))
890                 vm_wait(0);
891 }
892
893 /*
894  * Test if vm_wait_nominal() would block.
895  */
896 int
897 vm_test_nominal(void)
898 {
899         if (vm_page_count_min(0))
900                 return(1);
901         return(0);
902 }
903
904 /*
905  * Block until free pages are available for allocation, called in various
906  * places before memory allocations.
907  *
908  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
909  * more generous then that.
910  */
911 void
912 vm_wait(int timo)
913 {
914         /*
915          * never wait forever
916          */
917         if (timo == 0)
918                 timo = hz;
919         lwkt_gettoken(&vm_token);
920
921         if (curthread == pagethread) {
922                 /*
923                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
924                  */
925                 if (vm_page_count_min(0)) {
926                         vm_pageout_pages_needed = 1;
927                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
928                 }
929         } else {
930                 /*
931                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
932                  */
933                 if (vm_page_count_target()) {
934                         if (vm_pages_needed == 0) {
935                                 vm_pages_needed = 1;
936                                 wakeup(&vm_pages_needed);
937                         }
938                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
939                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
940                 }
941         }
942         lwkt_reltoken(&vm_token);
943 }
944
945 /*
946  * Block until free pages are available for allocation
947  *
948  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
949  * easily tracked.
950  */
951 void
952 vm_waitpfault(void)
953 {
954         /*
955          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
956          */
957         if (vm_page_count_target()) {
958                 lwkt_gettoken(&vm_token);
959                 if (vm_page_count_target()) {
960                         if (vm_pages_needed == 0) {
961                                 vm_pages_needed = 1;
962                                 wakeup(&vm_pages_needed);
963                         }
964                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
965                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
966                 }
967                 lwkt_reltoken(&vm_token);
968         }
969 }
970
971 /*
972  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
973  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
974  *
975  * The page queues must be locked.
976  * This routine may not block.
977  */
978 void
979 vm_page_activate(vm_page_t m)
980 {
981         lwkt_gettoken(&vm_token);
982         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
983                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
984                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
985
986                 vm_page_unqueue(m);
987
988                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
989                         m->queue = PQ_ACTIVE;
990                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
991                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
992                                             m, pageq);
993                         if (m->act_count < ACT_INIT)
994                                 m->act_count = ACT_INIT;
995                         vmstats.v_active_count++;
996                 }
997         } else {
998                 if (m->act_count < ACT_INIT)
999                         m->act_count = ACT_INIT;
1000         }
1001         lwkt_reltoken(&vm_token);
1002 }
1003
1004 /*
1005  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1006  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1007  * queues.
1008  *
1009  * This routine may not block.
1010  * This routine must be called at splvm()
1011  */
1012 static __inline void
1013 vm_page_free_wakeup(void)
1014 {
1015         /*
1016          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1017          * there are some free.
1018          */
1019         if (vm_pageout_pages_needed &&
1020             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1021             vmstats.v_pageout_free_min
1022         ) {
1023                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1024                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1025         }
1026
1027         /*
1028          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1029          *
1030          * NOTE: vm_paging_target() is the pageout daemon's target, while
1031          *       vm_page_count_target() is somewhere inbetween.  We want
1032          *       to wake processes up prior to the pageout daemon reaching
1033          *       its target to provide some hysteresis.
1034          */
1035         if (vm_pages_waiting) {
1036                 if (!vm_page_count_target()) {
1037                         /*
1038                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1039                          */
1040                         vm_pages_waiting = 0;
1041                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1042                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1043                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1044                         /*
1045                          * Some pages are free, wakeup someone.
1046                          */
1047                         int wcount = vm_pages_waiting;
1048                         if (wcount > 0)
1049                                 --wcount;
1050                         vm_pages_waiting = wcount;
1051                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1052                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1053                 }
1054         }
1055 }
1056
1057 /*
1058  *      vm_page_free_toq:
1059  *
1060  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
1061  *      any VM object.
1062  *
1063  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1064  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
1065  *      on entry.
1066  *
1067  *      This routine may not block.
1068  */
1069 void
1070 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1071 {
1072         struct vpgqueues *pq;
1073
1074         lwkt_gettoken(&vm_token);
1075         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1076
1077         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1078
1079         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1080                 kprintf(
1081                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1082                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1083                     m->hold_count);
1084                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1085                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1086                 else
1087                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1088         }
1089
1090         /*
1091          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1092          * the page here because we do not want to call the pager's
1093          * callback routine until after we've put the page on the
1094          * appropriate free queue.
1095          */
1096         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1097         vm_page_remove(m);
1098
1099         /*
1100          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1101          * and queue removal.
1102          */
1103         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1104                 vm_page_wakeup(m);
1105                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1106                 return;
1107         }
1108
1109         m->valid = 0;
1110         vm_page_undirty(m);
1111
1112         if (m->wire_count != 0) {
1113                 if (m->wire_count > 1) {
1114                     panic(
1115                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1116                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1117                 }
1118                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1119         }
1120
1121         /*
1122          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1123          */
1124         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1125             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1126         }
1127
1128         if (m->hold_count != 0) {
1129                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1130                 m->queue = PQ_HOLD;
1131         } else {
1132                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1133         }
1134         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1135         pq->lcnt++;
1136         ++(*pq->cnt);
1137
1138         /*
1139          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1140          * first ) and non-zerod pages at the head.
1141          */
1142         if (m->flags & PG_ZERO) {
1143                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1144                 ++vm_page_zero_count;
1145         } else {
1146                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1147         }
1148         vm_page_wakeup(m);
1149         vm_page_free_wakeup();
1150         lwkt_reltoken(&vm_token);
1151 }
1152
1153 /*
1154  * vm_page_free_fromq_fast()
1155  *
1156  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
1157  * zeroing, so do not issue a wakeup.
1158  *
1159  * MPUNSAFE
1160  */
1161 vm_page_t
1162 vm_page_free_fromq_fast(void)
1163 {
1164         static int qi;
1165         vm_page_t m;
1166         int i;
1167
1168         lwkt_gettoken(&vm_token);
1169         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
1170                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
1171                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
1172                 if (m && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1173                         KKASSERT(m->busy == 0 && (m->flags & PG_BUSY) == 0);
1174                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1175                         vm_page_busy(m);
1176                         break;
1177                 }
1178                 m = NULL;
1179         }
1180         lwkt_reltoken(&vm_token);
1181         return (m);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * vm_page_unmanage()
1186  *
1187  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1188  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1189  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1190  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1191  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1192  * operate on the page.
1193  *
1194  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1195  * will clear the flag.
1196  *
1197  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1198  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1199  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1200  * mappings.
1201  *
1202  * Must be called with a critical section held.
1203  * Must be called with vm_token held.
1204  */
1205 void
1206 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1207 {
1208         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
1209         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1210                 if (m->wire_count == 0)
1211                         vm_page_unqueue(m);
1212         }
1213         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1214 }
1215
1216 /*
1217  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1218  * paging queues as necessary.
1219  *
1220  * The page queues must be locked.
1221  * This routine may not block.
1222  */
1223 void
1224 vm_page_wire(vm_page_t m)
1225 {
1226         /*
1227          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1228          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1229          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1230          * pages because they are always wired.
1231          */
1232         lwkt_gettoken(&vm_token);
1233         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1234                 if (m->wire_count == 0) {
1235                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1236                                 vm_page_unqueue(m);
1237                         vmstats.v_wire_count++;
1238                 }
1239                 m->wire_count++;
1240                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1241                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1242         }
1243         lwkt_reltoken(&vm_token);
1244 }
1245
1246 /*
1247  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1248  *
1249  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1250  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1251  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1252  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1253  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1254  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1255  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1256  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1257  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1258  * reused more quickly.
1259  *
1260  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1261  * put clean pages on the cache queue.
1262  *
1263  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1264  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1265  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1266  * dirty pages in the cache are not allowed.
1267  *
1268  * The page queues must be locked.
1269  * This routine may not block.
1270  */
1271 void
1272 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1273 {
1274         lwkt_gettoken(&vm_token);
1275         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1276                 /* do nothing */
1277         } else if (m->wire_count <= 0) {
1278                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1279         } else {
1280                 if (--m->wire_count == 0) {
1281                         --vmstats.v_wire_count;
1282                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1283                                 ;
1284                         } else if (activate) {
1285                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1286                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1287                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1288                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1289                                 vmstats.v_active_count++;
1290                         } else {
1291                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1292                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1293                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1294                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1295                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1296                                 vmstats.v_inactive_count++;
1297                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1298                         }
1299                 }
1300         }
1301         lwkt_reltoken(&vm_token);
1302 }
1303
1304
1305 /*
1306  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1307  * any associated swap, the swap is deallocated.
1308  *
1309  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1310  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1311  * except without unmapping it from the process address space.
1312  *
1313  * This routine may not block.
1314  * The caller must hold vm_token.
1315  */
1316 static __inline void
1317 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1318 {
1319         /*
1320          * Ignore if already inactive.
1321          */
1322         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1323                 return;
1324
1325         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1326                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1327                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1328                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1329                 vm_page_unqueue(m);
1330                 if (athead) {
1331                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1332                                           m, pageq);
1333                 } else {
1334                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1335                                           m, pageq);
1336                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1337                 }
1338                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1339                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1340                 vmstats.v_inactive_count++;
1341         }
1342 }
1343
1344 /*
1345  * Attempt to deactivate a page.
1346  *
1347  * No requirements.
1348  */
1349 void
1350 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1351 {
1352         lwkt_gettoken(&vm_token);
1353         _vm_page_deactivate(m, 0);
1354         lwkt_reltoken(&vm_token);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
1359  * Returns 0 on failure, 1 on success
1360  *
1361  * No requirements.
1362  */
1363 int
1364 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1365 {
1366         lwkt_gettoken(&vm_token);
1367         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1368             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1369                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1370                 return(0);
1371         }
1372         vm_page_test_dirty(m);
1373         if (m->dirty) {
1374                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1375                 return(0);
1376         }
1377         vm_page_cache(m);
1378         lwkt_reltoken(&vm_token);
1379         return(1);
1380 }
1381
1382 /*
1383  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1384  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1385  *
1386  * No requirements.
1387  */
1388 int
1389 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1390 {
1391         lwkt_gettoken(&vm_token);
1392         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1393             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1394                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1395                 return(0);
1396         }
1397         vm_page_test_dirty(m);
1398         if (m->dirty) {
1399                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1400                 return(0);
1401         }
1402         vm_page_busy(m);
1403         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1404         vm_page_free(m);
1405         lwkt_reltoken(&vm_token);
1406         return(1);
1407 }
1408
1409 /*
1410  * vm_page_cache
1411  *
1412  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1413  *
1414  * The caller must hold vm_token.
1415  * This routine may not block.
1416  */
1417 void
1418 vm_page_cache(vm_page_t m)
1419 {
1420         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
1421
1422         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1423                         m->wire_count || m->hold_count) {
1424                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1425                 return;
1426         }
1427
1428         /*
1429          * Already in the cache (and thus not mapped)
1430          */
1431         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
1432                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1433                 return;
1434         }
1435
1436         /*
1437          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
1438          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
1439          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
1440          */
1441         if (m->dirty) {
1442                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1443                         (long)m->pindex);
1444         }
1445
1446         /*
1447          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1448          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
1449          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
1450          * everything.
1451          */
1452         vm_page_busy(m);
1453         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1454         vm_page_wakeup(m);
1455         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
1456                         m->wire_count || m->hold_count) {
1457                 /* do nothing */
1458         } else if (m->dirty) {
1459                 vm_page_deactivate(m);
1460         } else {
1461                 vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1462                 m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1463                 vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1464                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1465                 vmstats.v_cache_count++;
1466                 vm_page_free_wakeup();
1467         }
1468 }
1469
1470 /*
1471  * vm_page_dontneed()
1472  *
1473  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1474  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1475  *
1476  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1477  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1478  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1479  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1480  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1481  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1482  *
1483  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1484  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1485  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1486  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1487  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1488  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1489  * often.
1490  *
1491  * No requirements.
1492  */
1493 void
1494 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1495 {
1496         static int dnweight;
1497         int dnw;
1498         int head;
1499
1500         dnw = ++dnweight;
1501
1502         /*
1503          * occassionally leave the page alone
1504          */
1505         lwkt_gettoken(&vm_token);
1506         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1507             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1508             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1509         ) {
1510                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1511                         --m->act_count;
1512                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1513                 return;
1514         }
1515
1516         if (m->dirty == 0)
1517                 vm_page_test_dirty(m);
1518
1519         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1520                 /*
1521                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1522                  */
1523                 head = 0;
1524         } else {
1525                 /*
1526                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1527                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1528                  * at the head of the queue instead of the tail.
1529                  */
1530                 head = 1;
1531         }
1532         _vm_page_deactivate(m, head);
1533         lwkt_reltoken(&vm_token);
1534 }
1535
1536 /*
1537  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1538  * A busy page is returned or NULL.
1539  *
1540  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1541  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1542  *
1543  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1544  * always returned if we had blocked.  
1545  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1546  * This routine may not be called from an interrupt.
1547  * The returned page may not be entirely valid.
1548  *
1549  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1550  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1551  * index.
1552  *
1553  * No requirements.
1554  */
1555 vm_page_t
1556 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1557 {
1558         vm_page_t m;
1559         int generation;
1560
1561         KKASSERT(allocflags &
1562                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1563         lwkt_gettoken(&vm_token);
1564 retrylookup:
1565         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1566                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1567                         generation = object->generation;
1568
1569                         while ((object->generation == generation) &&
1570                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1571                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1572                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1573                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1574                                         m = NULL;
1575                                         goto done;
1576                                 }
1577                         }
1578                         goto retrylookup;
1579                 } else {
1580                         vm_page_busy(m);
1581                         goto done;
1582                 }
1583         }
1584         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1585         if (m == NULL) {
1586                 vm_wait(0);
1587                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1588                         goto done;
1589                 goto retrylookup;
1590         }
1591 done:
1592         lwkt_reltoken(&vm_token);
1593         return(m);
1594 }
1595
1596 /*
1597  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1598  * a page.  May not block.
1599  *
1600  * Inputs are required to range within a page.
1601  *
1602  * No requirements.
1603  * Non blocking.
1604  */
1605 int
1606 vm_page_bits(int base, int size)
1607 {
1608         int first_bit;
1609         int last_bit;
1610
1611         KASSERT(
1612             base + size <= PAGE_SIZE,
1613             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1614         );
1615
1616         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1617                 return(0);
1618
1619         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1620         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1621
1622         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1627  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1628  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1629  * such chunks will be zero'd.
1630  *
1631  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
1632  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
1633  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
1634  *       lost.
1635  *
1636  * This routine may not block.
1637  *
1638  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1639  */
1640 static void
1641 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1642 {
1643         int frag;
1644         int endoff;
1645
1646         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1647                 return;
1648
1649         /*
1650          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1651          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1652          * first block.
1653          */
1654
1655         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1656             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1657         ) {
1658                 pmap_zero_page_area(
1659                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1660                     frag,
1661                     base - frag
1662                 );
1663         }
1664
1665         /*
1666          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1667          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1668          * the last block.
1669          */
1670
1671         endoff = base + size;
1672
1673         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1674             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1675         ) {
1676                 pmap_zero_page_area(
1677                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1678                     endoff,
1679                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1680                 );
1681         }
1682 }
1683
1684 /*
1685  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1686  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1687  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1688  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1689  * be set again.
1690  *
1691  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1692  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1693  * the range.
1694  *
1695  * Page must be busied?
1696  * No other requirements.
1697  */
1698 void
1699 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1700 {
1701         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1702         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
1703 }
1704
1705
1706 /*
1707  * Set valid bits and clear dirty bits.
1708  *
1709  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1710  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1711  *       and size.
1712  *
1713  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
1714  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
1715  *          So for now vm_token must also be held.
1716  *
1717  * No other requirements.
1718  */
1719 void
1720 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1721 {
1722         int pagebits;
1723
1724         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1725         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1726         m->valid |= pagebits;
1727         m->dirty &= ~pagebits;
1728         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1729                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1730                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1731         }
1732 }
1733
1734 /*
1735  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
1736  *
1737  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
1738  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
1739  *          be held.
1740  *
1741  * No other requirements.
1742  */
1743 void
1744 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
1745 {
1746         int pagebits;
1747
1748         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1749         m->valid |= pagebits;
1750         m->dirty |= pagebits;
1751         if (m->object)
1752                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Clear dirty bits.
1757  *
1758  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1759  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1760  *       and size.
1761  *
1762  * Page must be busied?
1763  * No other requirements.
1764  */
1765 void
1766 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1767 {
1768         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1769         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1770                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1771                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1772         }
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Make the page all-dirty.
1777  *
1778  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
1779  * object may now contain a dirty page.
1780  *
1781  * Page must be busied?
1782  * No other requirements.
1783  */
1784 void
1785 vm_page_dirty(vm_page_t m)
1786 {
1787 #ifdef INVARIANTS
1788         int pqtype = m->queue - m->pc;
1789 #endif
1790         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
1791                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
1792         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
1793                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1794                 if (m->object)
1795                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1796         }
1797 }
1798
1799 /*
1800  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1801  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1802  *
1803  * Page must be busied?
1804  * Does not block.
1805  * No other requirements.
1806  */
1807 void
1808 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1809 {
1810         int bits;
1811
1812         bits = vm_page_bits(base, size);
1813         m->valid &= ~bits;
1814         m->dirty &= ~bits;
1815         m->object->generation++;
1816 }
1817
1818 /*
1819  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1820  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1821  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1822  * page so user code sees what it expects.
1823  *
1824  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1825  * into memory and the file's size is not page aligned.
1826  *
1827  * Page must be busied?
1828  * No other requirements.
1829  */
1830 void
1831 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1832 {
1833         int b;
1834         int i;
1835
1836         /*
1837          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1838          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1839          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1840          * vm_page_set_validclean().
1841          */
1842         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1843                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1844                     (m->valid & (1 << i))
1845                 ) {
1846                         if (i > b) {
1847                                 pmap_zero_page_area(
1848                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1849                                     b << DEV_BSHIFT,
1850                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1851                                 );
1852                         }
1853                         b = i + 1;
1854                 }
1855         }
1856
1857         /*
1858          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1859          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1860          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1861          */
1862         if (setvalid)
1863                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1864 }
1865
1866 /*
1867  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1868  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1869  * invalid, and TRUE otherwise.
1870  *
1871  * Does not block.
1872  * No other requirements.
1873  */
1874 int
1875 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1876 {
1877         int bits = vm_page_bits(base, size);
1878
1879         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1880                 return 1;
1881         else
1882                 return 0;
1883 }
1884
1885 /*
1886  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1887  *
1888  * Caller must hold vm_token if non-blocking operation desired.
1889  * No other requirements.
1890  */
1891 void
1892 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1893 {
1894         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1895                 vm_page_dirty(m);
1896         }
1897 }
1898
1899 /*
1900  * Register an action, associating it with its vm_page
1901  */
1902 void
1903 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
1904 {
1905         struct vm_page_action_list *list;
1906         int hv;
1907
1908         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1909         list = &action_list[hv];
1910
1911         lwkt_gettoken(&vm_token);
1912         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
1913         action->event = event;
1914         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
1915         lwkt_reltoken(&vm_token);
1916 }
1917
1918 /*
1919  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
1920  */
1921 void
1922 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
1923 {
1924         struct vm_page_action_list *list;
1925         int hv;
1926
1927         lwkt_gettoken(&vm_token);
1928         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
1929                 action->event = VMEVENT_NONE;
1930                 LIST_REMOVE(action, entry);
1931
1932                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1933                 list = &action_list[hv];
1934                 if (LIST_EMPTY(list))
1935                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
1936         }
1937         lwkt_reltoken(&vm_token);
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
1942  * removed from the page's list and called.
1943  *
1944  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
1945  * PG_ACTIONLIST flag.
1946  */
1947 void
1948 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
1949 {
1950         struct vm_page_action_list *list;
1951         struct vm_page_action *scan;
1952         struct vm_page_action *next;
1953         int hv;
1954         int all;
1955
1956         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1957         list = &action_list[hv];
1958         all = 1;
1959
1960         lwkt_gettoken(&vm_token);
1961         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
1962                 if (scan->m == m) {
1963                         if (scan->event == event) {
1964                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
1965                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
1966                                 scan->func(m, scan);
1967                                 /* XXX */
1968                         } else {
1969                                 all = 0;
1970                         }
1971                 }
1972         }
1973         if (all)
1974                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
1975         lwkt_reltoken(&vm_token);
1976 }
1977
1978
1979 #include "opt_ddb.h"
1980 #ifdef DDB
1981 #include <sys/kernel.h>
1982
1983 #include <ddb/ddb.h>
1984
1985 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1986 {
1987         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1988         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1989         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1990         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1991         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1992         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1993         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1994         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1995         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1996         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1997 }
1998
1999 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2000 {
2001         int i;
2002         db_printf("PQ_FREE:");
2003         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2004                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
2005         }
2006         db_printf("\n");
2007                 
2008         db_printf("PQ_CACHE:");
2009         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2010                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
2011         }
2012         db_printf("\n");
2013
2014         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2015                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
2016                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
2017 }
2018 #endif /* DDB */