c113d7751578367a36c9e6f492f9380142315051
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76
77 #include <vm/vm.h>
78 #include <vm/vm_param.h>
79 #include <sys/lock.h>
80 #include <vm/vm_kern.h>
81 #include <vm/pmap.h>
82 #include <vm/vm_map.h>
83 #include <vm/vm_object.h>
84 #include <vm/vm_page.h>
85 #include <vm/vm_pageout.h>
86 #include <vm/vm_pager.h>
87 #include <vm/vm_extern.h>
88 #include <vm/swap_pager.h>
89
90 #include <machine/inttypes.h>
91 #include <machine/md_var.h>
92
93 #include <vm/vm_page2.h>
94 #include <sys/spinlock2.h>
95
96 #define VMACTION_HSIZE  256
97 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
98
99 static void vm_page_queue_init(void);
100 static void vm_page_free_wakeup(void);
101 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
102 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
103 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
104
105 /*
106  * Array of tailq lists
107  */
108 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
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                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin);
136         }
137
138         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
139                 LIST_INIT(&action_list[i]);
140 }
141
142 /*
143  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
144  */
145 long first_page = 0;
146 int vm_page_array_size = 0;
147 int vm_page_zero_count = 0;
148 vm_page_t vm_page_array = 0;
149
150 /*
151  * (low level boot)
152  *
153  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
154  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
155  */
156 void
157 vm_set_page_size(void)
158 {
159         if (vmstats.v_page_size == 0)
160                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
161         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
162                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
163 }
164
165 /*
166  * (low level boot)
167  *
168  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
169  * are added to both the head and tail of the associated free page
170  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
171  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
172  *
173  * Must be called in a critical section.
174  */
175 static vm_page_t
176 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
177 {
178         struct vpgqueues *vpq;
179         vm_page_t m;
180
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 #ifdef SMP
186         /*
187          * Twist for cpu localization instead of page coloring.
188          */
189         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
190         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
191 #endif
192         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
193         KKASSERT(m->dirty == 0);
194
195         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
196         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
197         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
198         if (vpq->flipflop)
199                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
200         else
201                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
202         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
203         ++vpq->lcnt;
204
205         return (m);
206 }
207
208 /*
209  * (low level boot)
210  *
211  * Initializes the resident memory module.
212  *
213  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
214  * kernel_map becoming available.
215  *
216  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
217  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
218  *
219  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
220  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
221  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
222  */
223 void
224 vm_page_startup(void)
225 {
226         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
227         vm_offset_t mapped;
228         vm_size_t npages;
229         vm_paddr_t page_range;
230         vm_paddr_t new_end;
231         int i;
232         vm_paddr_t pa;
233         int nblocks;
234         vm_paddr_t last_pa;
235         vm_paddr_t end;
236         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
237         vm_paddr_t total;
238
239         total = 0;
240         biggestsize = 0;
241         biggestone = 0;
242         nblocks = 0;
243         vaddr = round_page(vaddr);
244
245         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
246                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
247                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
248         }
249
250         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
251                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
252
253                 if (size > biggestsize) {
254                         biggestone = i;
255                         biggestsize = size;
256                 }
257                 ++nblocks;
258                 total += size;
259         }
260
261         end = phys_avail[biggestone+1];
262         end = trunc_page(end);
263
264         /*
265          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
266          * and the inactive queue.
267          */
268
269         vm_page_queue_init();
270
271 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
272         /*
273          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
274          * vm_page_dump
275          *
276          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
277          * needs to be included in a minidump.
278          *
279          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
280          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
281          *
282          * However, i386 still needs this workspace internally within the
283          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
284          * included should the sf_buf code decide to use them.
285          */
286         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
287         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
288         end -= vm_page_dump_size;
289         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
290             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
291         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
292 #endif
293
294         /*
295          * Compute the number of pages of memory that will be available for
296          * use (taking into account the overhead of a page structure per
297          * page).
298          */
299         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
300         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
301         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
302
303         /*
304          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
305          * queue.
306          */
307         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
308         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
309             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
310         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
311
312 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
313         /*
314          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
315          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
316          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
317          */
318         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
319                 dump_add_page(pa);
320 #endif
321
322         /*
323          * Clear all of the page structures
324          */
325         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
326         vm_page_array_size = page_range;
327
328         /*
329          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
330          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
331          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
332          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
333          */
334         vmstats.v_page_count = 0;
335         vmstats.v_free_count = 0;
336         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
337                 pa = phys_avail[i];
338                 if (i == biggestone)
339                         last_pa = new_end;
340                 else
341                         last_pa = phys_avail[i + 1];
342                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
343                         vm_add_new_page(pa);
344                         pa += PAGE_SIZE;
345                 }
346         }
347         if (virtual2_start)
348                 virtual2_start = vaddr;
349         else
350                 virtual_start = vaddr;
351 }
352
353 /*
354  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
355  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
356  */
357 int
358 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
359 {
360         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
361
362         if (p->pindex < info->start_pindex)
363                 return(-1);
364         if (p->pindex > info->end_pindex)
365                 return(1);
366         return(0);
367 }
368
369 int
370 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
371 {
372         if (p1->pindex < p2->pindex)
373                 return(-1);
374         if (p1->pindex > p2->pindex)
375                 return(1);
376         return(0);
377 }
378
379 /*
380  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
381  * allocating and freeing pages at least.
382  *
383  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
384  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
385  * unless both the page and queue are locked.
386  */
387 static __inline
388 void
389 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
390 {
391         u_short queue;
392
393         queue = m->queue;
394         if (queue != PQ_NONE) {
395                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
396                 KKASSERT(queue == m->queue);
397         }
398 }
399
400 static __inline
401 void
402 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
403 {
404         u_short queue;
405
406         queue = m->queue;
407         cpu_ccfence();
408         if (queue != PQ_NONE)
409                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
410 }
411
412 static __inline
413 void
414 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
415 {
416         cpu_ccfence();
417         if (queue != PQ_NONE)
418                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
419 }
420
421
422 static __inline
423 void
424 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
425 {
426         cpu_ccfence();
427         if (queue != PQ_NONE)
428                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
429 }
430
431 void
432 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
433 {
434         _vm_page_queue_spin_lock(m);
435 }
436
437 void
438 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
439 {
440         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
441 }
442
443 void
444 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
445 {
446         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
447 }
448
449 void
450 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
451 {
452         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
453 }
454
455 /*
456  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
457  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
458  * recheck on return.
459  */
460 static __inline
461 void
462 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
463 {
464         vm_page_spin_lock(m);
465         _vm_page_queue_spin_lock(m);
466 }
467
468 static __inline
469 void
470 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
471 {
472         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
473         vm_page_spin_unlock(m);
474 }
475
476 void
477 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
478 {
479         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
480 }
481
482 void
483 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
484 {
485         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
486 }
487
488 /*
489  * Helper function removes vm_page from its current queue.
490  * Returns the base queue the page used to be on.
491  *
492  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
493  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
494  */
495 static __inline u_short
496 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
497 {
498         struct vpgqueues *pq;
499         u_short queue;
500
501         queue = m->queue;
502         if (queue != PQ_NONE) {
503                 pq = &vm_page_queues[queue];
504                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
505                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
506                 pq->lcnt--;
507                 m->queue = PQ_NONE;
508                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
509                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
510                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
511                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
512                         return (queue - m->pc);
513         }
514         return queue;
515 }
516
517 /*
518  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
519  *
520  * The vm_page must be spinlocked.
521  * This function will return with both the page and the queue locked.
522  */
523 static __inline void
524 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
525 {
526         struct vpgqueues *pq;
527
528         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
529
530         if (queue != PQ_NONE) {
531                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
532                 pq = &vm_page_queues[queue];
533                 ++pq->lcnt;
534                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
535                 m->queue = queue;
536
537                 /*
538                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
539                  * first ) and non-zerod pages at the head.
540                  */
541                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
542                         if (m->flags & PG_ZERO) {
543                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
544                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
545                         } else {
546                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
547                         }
548                 } else if (athead) {
549                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
550                 } else {
551                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
552                 }
553                 /* leave the queue spinlocked */
554         }
555 }
556
557 /*
558  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
559  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
560  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
561  *
562  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
563  * guaranteed to be available.
564  */
565 void
566 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
567 {
568         u_int32_t flags;
569
570         for (;;) {
571                 flags = m->flags;
572                 cpu_ccfence();
573
574                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
575                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
576                         break;
577                 }
578                 tsleep_interlock(m, 0);
579                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
580                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
581                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
582                         break;
583                 }
584         }
585 }
586
587 /*
588  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
589  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
590  */
591 void
592 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
593                                      int also_m_busy, const char *msg
594                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
595 {
596         u_int32_t flags;
597
598         for (;;) {
599                 flags = m->flags;
600                 cpu_ccfence();
601                 if (flags & PG_BUSY) {
602                         tsleep_interlock(m, 0);
603                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
604                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
605                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
606                         }
607                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
608                         tsleep_interlock(m, 0);
609                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
610                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
611                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
612                         }
613                 } else {
614                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
615                                               flags | PG_BUSY)) {
616 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
617                                 m->busy_func = func;
618                                 m->busy_line = lineno;
619 #endif
620                                 break;
621                         }
622                 }
623         }
624 }
625
626 /*
627  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
628  * is also 0.
629  *
630  * Returns non-zero on failure.
631  */
632 int
633 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
634                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
635 {
636         u_int32_t flags;
637
638         for (;;) {
639                 flags = m->flags;
640                 cpu_ccfence();
641                 if (flags & PG_BUSY)
642                         return TRUE;
643                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
644                         return TRUE;
645                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
646 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
647                                 m->busy_func = func;
648                                 m->busy_line = lineno;
649 #endif
650                         return FALSE;
651                 }
652         }
653 }
654
655 /*
656  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
657  * that a wakeup() should be performed.
658  *
659  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
660  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
661  *
662  * (inline version)
663  */
664 static __inline
665 int
666 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
667 {
668         u_int32_t flags;
669
670         for (;;) {
671                 flags = m->flags;
672                 cpu_ccfence();
673                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
674                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
675                         break;
676                 }
677         }
678         return(flags & PG_WANTED);
679 }
680
681 /*
682  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
683  * is typically the last call you make on a page before moving onto
684  * other things.
685  */
686 void
687 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
688 {
689         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
690         vm_page_spin_lock(m);
691         if (_vm_page_wakeup(m)) {
692                 vm_page_spin_unlock(m);
693                 wakeup(m);
694         } else {
695                 vm_page_spin_unlock(m);
696         }
697 }
698
699 /*
700  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
701  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
702  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
703  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
704  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
705  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
706  * page from being disassociated from its object too).
707  *
708  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
709  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
710  * before manipulating the page.
711  *
712  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
713  */
714 void
715 vm_page_hold(vm_page_t m)
716 {
717         vm_page_spin_lock(m);
718         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
719         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
720                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
721                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
722                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD, 0);
723                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
724         }
725         vm_page_spin_unlock(m);
726 }
727
728 /*
729  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
730  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
731  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
732  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
733  */
734 void
735 vm_page_unhold(vm_page_t m)
736 {
737         vm_page_spin_lock(m);
738         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
739         if (m->hold_count == 0 && m->queue == PQ_HOLD) {
740                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
741                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
742                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
743                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
744         }
745         vm_page_spin_unlock(m);
746 }
747
748 /*
749  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
750  *
751  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
752  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
753  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
754  * here so we *can't* do this anyway.
755  *
756  * This routine may not block.
757  * This routine must be called with the vm_object held.
758  * This routine must be called with a critical section held.
759  *
760  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
761  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
762  */
763 int
764 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
765 {
766         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
767         if (m->object != NULL)
768                 panic("vm_page_insert: already inserted");
769
770         object->generation++;
771
772         /*
773          * Record the object/offset pair in this page and add the
774          * pv_list_count of the page to the object.
775          *
776          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
777          */
778         vm_page_spin_lock(m);
779         m->object = object;
780         m->pindex = pindex;
781         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
782                 m->object = NULL;
783                 m->pindex = 0;
784                 vm_page_spin_unlock(m);
785                 return FALSE;
786         }
787         object->resident_page_count++;
788         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
789         vm_page_spin_unlock(m);
790
791         /*
792          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
793          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
794          */
795         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
796                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
797
798         /*
799          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
800          */
801         swap_pager_page_inserted(m);
802         return TRUE;
803 }
804
805 /*
806  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
807  *
808  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
809  * This routine may not block.
810  *
811  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
812  * No other requirements.
813  *
814  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
815  *       it busy.
816  */
817 void
818 vm_page_remove(vm_page_t m)
819 {
820         vm_object_t object;
821
822         if (m->object == NULL) {
823                 return;
824         }
825
826         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
827                 panic("vm_page_remove: page not busy");
828
829         object = m->object;
830
831         vm_object_hold(object);
832
833         /*
834          * Remove the page from the object and update the object.
835          *
836          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
837          */
838         vm_page_spin_lock(m);
839         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
840         object->resident_page_count--;
841         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
842         m->object = NULL;
843         vm_page_spin_unlock(m);
844
845         object->generation++;
846
847         vm_object_drop(object);
848 }
849
850 /*
851  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
852  * page could not be found.
853  *
854  * The caller must hold the vm_object token.
855  */
856 vm_page_t
857 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
858 {
859         vm_page_t m;
860
861         /*
862          * Search the hash table for this object/offset pair
863          */
864         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
865         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
866         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
867         return(m);
868 }
869
870 vm_page_t
871 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
872                                             vm_pindex_t pindex,
873                                             int also_m_busy, const char *msg
874                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
875 {
876         u_int32_t flags;
877         vm_page_t m;
878
879         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
880         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
881         while (m) {
882                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
883                 flags = m->flags;
884                 cpu_ccfence();
885                 if (flags & PG_BUSY) {
886                         tsleep_interlock(m, 0);
887                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
888                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
889                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
890                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
891                                                               pindex);
892                         }
893                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
894                         tsleep_interlock(m, 0);
895                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
896                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
897                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
898                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
899                                                               pindex);
900                         }
901                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
902                                              flags | PG_BUSY)) {
903 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
904                         m->busy_func = func;
905                         m->busy_line = lineno;
906 #endif
907                         break;
908                 }
909         }
910         return m;
911 }
912
913 /*
914  * Attempt to lookup and busy a page.
915  *
916  * Returns NULL if the page could not be found
917  *
918  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
919  * be busied.
920  *
921  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
922  */
923 vm_page_t
924 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
925                                            vm_pindex_t pindex,
926                                            int also_m_busy, int *errorp
927                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
928 {
929         u_int32_t flags;
930         vm_page_t m;
931
932         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
933         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
934         *errorp = FALSE;
935         while (m) {
936                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
937                 flags = m->flags;
938                 cpu_ccfence();
939                 if (flags & PG_BUSY) {
940                         *errorp = TRUE;
941                         break;
942                 }
943                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
944                         *errorp = TRUE;
945                         break;
946                 }
947                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
948 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
949                         m->busy_func = func;
950                         m->busy_line = lineno;
951 #endif
952                         break;
953                 }
954         }
955         return m;
956 }
957
958 /*
959  * Caller must hold the related vm_object
960  */
961 vm_page_t
962 vm_page_next(vm_page_t m)
963 {
964         vm_page_t next;
965
966         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
967         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
968                 next = NULL;
969         return (next);
970 }
971
972 /*
973  * vm_page_rename()
974  *
975  * Move the given vm_page from its current object to the specified
976  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
977  * on return.
978  *
979  * new_object must be held.
980  * This routine might block. XXX ?
981  *
982  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
983  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
984  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
985  *       moving the page from object A to B, and will then later move
986  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
987  *
988  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
989  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
990  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
991  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
992  *       on the cache.
993  */
994 void
995 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
996 {
997         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
998         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(new_object));
999         if (m->object) {
1000                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(m->object));
1001                 vm_page_remove(m);
1002         }
1003         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1004                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1005                       new_object, new_pindex);
1006         }
1007         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1008                 vm_page_deactivate(m);
1009         vm_page_dirty(m);
1010 }
1011
1012 /*
1013  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1014  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1015  * caller.
1016  *
1017  * This routine may not block.
1018  */
1019 void
1020 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1021 {
1022         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1023         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1024         vm_page_spin_unlock(m);
1025 }
1026
1027 /*
1028  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1029  * if necessary.
1030  *
1031  * This routine may not block.
1032  */
1033 void
1034 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1035 {
1036         u_short queue;
1037
1038         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1039         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1040         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1041                 vm_page_spin_unlock(m);
1042                 pagedaemon_wakeup();
1043         } else {
1044                 vm_page_spin_unlock(m);
1045         }
1046 }
1047
1048 /*
1049  * vm_page_list_find()
1050  *
1051  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1052  *
1053  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1054  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1055  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1056  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1057  *
1058  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1059  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1060  * This is done by 'twisting' the colors.
1061  *
1062  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1063  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1064  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1065  * deactivating the page and looping).
1066  *
1067  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1068  *        is available for outside callers but the only critical path is
1069  *        from within this source file.
1070  *
1071  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1072  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1073  *        first, then queue.
1074  */
1075 static __inline
1076 vm_page_t
1077 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1078 {
1079         vm_page_t m;
1080
1081         for (;;) {
1082                 if (prefer_zero)
1083                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1084                 else
1085                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1086                 if (m == NULL) {
1087                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1088                         return(m);
1089                 }
1090                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1091                 if (m->queue == basequeue + index) {
1092                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1093                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1094                         break;
1095                 }
1096                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1097         }
1098         return(m);
1099 }
1100
1101 static vm_page_t
1102 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1103 {
1104         int i;
1105         vm_page_t m = NULL;
1106         struct vpgqueues *pq;
1107
1108         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1109
1110         /*
1111          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1112          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1113          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1114          */
1115         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1116                 for (;;) {
1117                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1118                         if (m) {
1119                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1120                                 if (m->queue ==
1121                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1122                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1123                                         return(m);
1124                                 }
1125                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1126                                 continue;
1127                         }
1128                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1129                         if (m) {
1130                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1131                                 if (m->queue ==
1132                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1133                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1134                                         return(m);
1135                                 }
1136                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1137                                 continue;
1138                         }
1139                         break;  /* next i */
1140                 }
1141         }
1142         return(m);
1143 }
1144
1145 /*
1146  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1147  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1148  * deactivate it if it cannot be busied!)
1149  *
1150  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1151  */
1152 vm_page_t
1153 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1154 {
1155         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1156 }
1157
1158 /*
1159  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1160  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1161  *
1162  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1163  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1164  *
1165  * This routine may not block.
1166  *
1167  */
1168 static vm_page_t
1169 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1170 {
1171         vm_page_t m;
1172
1173         for (;;) {
1174                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1175                 if (m == NULL)
1176                         break;
1177                 /*
1178                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1179                  */
1180                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1181                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1182                         vm_page_spin_unlock(m);
1183 #ifdef INVARIANTS
1184                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1185 #endif
1186                 } else {
1187                         /*
1188                          * We successfully busied the page
1189                          */
1190                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0 &&
1191                             m->hold_count == 0 &&
1192                             m->wire_count == 0) {
1193                                 vm_page_spin_unlock(m);
1194                                 pagedaemon_wakeup();
1195                                 return(m);
1196                         }
1197                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1198                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1199                                 vm_page_spin_unlock(m);
1200                                 wakeup(m);
1201                         } else {
1202                                 vm_page_spin_unlock(m);
1203                         }
1204                 }
1205         }
1206         return (m);
1207 }
1208
1209 /*
1210  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1211  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1212  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1213  *
1214  * This routine may not block.
1215  */
1216 static __inline vm_page_t
1217 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1218 {
1219         vm_page_t m;
1220
1221         for (;;) {
1222                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1223                                        prefer_zero);
1224                 if (m == NULL)
1225                         break;
1226                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1227                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1228                         vm_page_spin_unlock(m);
1229 #ifdef INVARIANTS
1230                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1231 #endif
1232                 } else {
1233                         KKASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0);
1234                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1235                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1236                         vm_page_spin_unlock(m);
1237                         pagedaemon_wakeup();
1238
1239                         /* return busied and removed page */
1240                         return(m);
1241                 }
1242         }
1243         return(m);
1244 }
1245
1246 /*
1247  * vm_page_alloc()
1248  *
1249  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1250  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1251  *
1252  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1253  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1254  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1255  *
1256  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1257  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1258  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1259  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1260  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1261  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1262  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1263  *                              (see vm_page_grab())
1264  * The object must be held if not NULL
1265  * This routine may not block
1266  *
1267  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1268  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1269  * in this case.
1270  */
1271 vm_page_t
1272 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1273 {
1274         vm_page_t m = NULL;
1275         u_short pg_color;
1276
1277 #ifdef SMP
1278         /*
1279          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1280          */
1281         if (object) {
1282                 pg_color = mycpu->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1283                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1284         } else {
1285                 pg_color = mycpu->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1286         }
1287 #else
1288         /*
1289          * Normal page coloring algorithm
1290          */
1291         if (object) {
1292                 pg_color = object->pg_color + pindex;
1293         } else {
1294                 pg_color = pindex;
1295         }
1296 #endif
1297         KKASSERT(page_req & 
1298                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1299                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1300
1301         /*
1302          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1303          * allowed to eat deeper into the free page list.
1304          */
1305         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1306                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1307
1308 loop:
1309         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1310             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1311             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1312                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1313         ) {
1314                 /*
1315                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1316                  */
1317                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1318                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1319                 else
1320                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1321         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1322                 /*
1323                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1324                  * success, we must free the page and try again, thus
1325                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1326                  */
1327 #ifdef INVARIANTS
1328                 if (curthread->td_preempted) {
1329                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1330                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1331                         m = NULL;
1332                 } else {
1333                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1334                 }
1335 #else
1336                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1337 #endif
1338                 /*
1339                  * On success move the page into the free queue and loop.
1340                  */
1341                 if (m != NULL) {
1342                         KASSERT(m->dirty == 0,
1343                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1344                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1345                         vm_page_free(m);
1346                         goto loop;
1347                 }
1348
1349                 /*
1350                  * On failure return NULL
1351                  */
1352 #if defined(DIAGNOSTIC)
1353                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1354                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1355 #endif
1356                 vm_pageout_deficit++;
1357                 pagedaemon_wakeup();
1358                 return (NULL);
1359         } else {
1360                 /*
1361                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1362                  */
1363                 vm_pageout_deficit++;
1364                 pagedaemon_wakeup();
1365                 return (NULL);
1366         }
1367
1368         /*
1369          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1370          * page.
1371          */
1372         if (m == NULL)
1373                 goto loop;
1374
1375         /*
1376          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1377          * removed from its queues.
1378          */
1379         KASSERT(m->dirty == 0,
1380                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1381         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1382
1383         /*
1384          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1385          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1386          */
1387         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1388         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1389         KKASSERT(m->busy == 0);
1390         m->act_count = 0;
1391         m->valid = 0;
1392
1393         /*
1394          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1395          * vm_page_insert()).
1396          *
1397          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1398          *       (which could cause us to block allocating memory).
1399          *
1400          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1401          *       can be used by the caller for any purpose.
1402          */
1403         if (object) {
1404                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1405                         kprintf("PAGE RACE (%p:%d,%"PRIu64")\n",
1406                                 object, object->type, pindex);
1407                         vm_page_free(m);
1408                         m = NULL;
1409                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1410                                 panic("PAGE RACE");
1411                 }
1412         } else {
1413                 m->pindex = pindex;
1414         }
1415
1416         /*
1417          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1418          * we would be nearly out of memory.
1419          */
1420         pagedaemon_wakeup();
1421
1422         /*
1423          * A PG_BUSY page is returned.
1424          */
1425         return (m);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1430  * operations.
1431  */
1432 void
1433 vm_wait_nominal(void)
1434 {
1435         while (vm_page_count_min(0))
1436                 vm_wait(0);
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1441  */
1442 int
1443 vm_test_nominal(void)
1444 {
1445         if (vm_page_count_min(0))
1446                 return(1);
1447         return(0);
1448 }
1449
1450 /*
1451  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1452  * places before memory allocations.
1453  *
1454  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1455  * more generous then that.
1456  */
1457 void
1458 vm_wait(int timo)
1459 {
1460         /*
1461          * never wait forever
1462          */
1463         if (timo == 0)
1464                 timo = hz;
1465         lwkt_gettoken(&vm_token);
1466
1467         if (curthread == pagethread) {
1468                 /*
1469                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1470                  */
1471                 if (vm_page_count_min(0)) {
1472                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1473                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1474                 }
1475         } else {
1476                 /*
1477                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1478                  */
1479                 if (vm_page_count_target()) {
1480                         if (vm_pages_needed == 0) {
1481                                 vm_pages_needed = 1;
1482                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1483                         }
1484                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1485                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1486                 }
1487         }
1488         lwkt_reltoken(&vm_token);
1489 }
1490
1491 /*
1492  * Block until free pages are available for allocation
1493  *
1494  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1495  * easily tracked.
1496  */
1497 void
1498 vm_waitpfault(void)
1499 {
1500         /*
1501          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1502          */
1503         if (vm_page_count_target()) {
1504                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1505                 if (vm_page_count_target()) {
1506                         if (vm_pages_needed == 0) {
1507                                 vm_pages_needed = 1;
1508                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1509                         }
1510                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1511                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1512                 }
1513                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1514         }
1515 }
1516
1517 /*
1518  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1519  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1520  *
1521  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1522  * This routine may not block.
1523  */
1524 void
1525 vm_page_activate(vm_page_t m)
1526 {
1527         u_short oqueue;
1528
1529         vm_page_spin_lock(m);
1530         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
1531                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1532                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1533                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1534
1535                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1536                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1537                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1538                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1539                                 m->act_count = ACT_INIT;
1540                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE, 0);
1541                 }
1542                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1543                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1544                         pagedaemon_wakeup();
1545         } else {
1546                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1547                         m->act_count = ACT_INIT;
1548                 vm_page_spin_unlock(m);
1549         }
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1554  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1555  * queues.
1556  *
1557  * This routine may not block.
1558  */
1559 static __inline void
1560 vm_page_free_wakeup(void)
1561 {
1562         /*
1563          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1564          * there are some free.
1565          */
1566         if (vm_pageout_pages_needed &&
1567             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1568             vmstats.v_pageout_free_min
1569         ) {
1570                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1571                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1572         }
1573
1574         /*
1575          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1576          *
1577          * NOTE: vm_paging_target() is the pageout daemon's target, while
1578          *       vm_page_count_target() is somewhere inbetween.  We want
1579          *       to wake processes up prior to the pageout daemon reaching
1580          *       its target to provide some hysteresis.
1581          */
1582         if (vm_pages_waiting) {
1583                 if (!vm_page_count_target()) {
1584                         /*
1585                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1586                          */
1587                         vm_pages_waiting = 0;
1588                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1589                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1590                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1591                         /*
1592                          * Some pages are free, wakeup someone.
1593                          */
1594                         int wcount = vm_pages_waiting;
1595                         if (wcount > 0)
1596                                 --wcount;
1597                         vm_pages_waiting = wcount;
1598                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1599                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1600                 }
1601         }
1602 }
1603
1604 /*
1605  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
1606  * it from its VM object.
1607  *
1608  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1609  * return (the page will have been freed).
1610  */
1611 void
1612 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1613 {
1614         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1615         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1616         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1617
1618         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1619                 kprintf(
1620                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1621                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1622                     m->hold_count);
1623                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1624                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1625                 else
1626                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1627         }
1628
1629         /*
1630          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
1631          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
1632          * after this section (because the page was removed from any
1633          * queue).
1634          */
1635         vm_page_remove(m);
1636         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1637         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1638
1639         /*
1640          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1641          * and queue removal.
1642          */
1643         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1644                 vm_page_spin_unlock(m);
1645                 vm_page_wakeup(m);
1646                 return;
1647         }
1648
1649         m->valid = 0;
1650         vm_page_undirty(m);
1651
1652         if (m->wire_count != 0) {
1653                 if (m->wire_count > 1) {
1654                     panic(
1655                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1656                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1657                 }
1658                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1659         }
1660
1661         /*
1662          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1663          */
1664         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1665                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
1666         }
1667
1668         if (m->hold_count != 0) {
1669                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1670                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD, 0);
1671         } else {
1672                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
1673         }
1674
1675         /*
1676          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
1677          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
1678          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
1679          * deadlock.
1680          */
1681         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1682         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1683                 vm_page_spin_unlock(m);
1684                 wakeup(m);
1685         } else {
1686                 vm_page_spin_unlock(m);
1687         }
1688         vm_page_free_wakeup();
1689 }
1690
1691 /*
1692  * vm_page_free_fromq_fast()
1693  *
1694  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
1695  * zeroing, so do not issue a wakeup.
1696  */
1697 vm_page_t
1698 vm_page_free_fromq_fast(void)
1699 {
1700         static int qi;
1701         vm_page_t m;
1702         int i;
1703
1704         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
1705                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
1706                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
1707                 if (m) {
1708                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1709                                 /*
1710                                  * We were unable to busy the page, deactivate
1711                                  * it and loop.
1712                                  */
1713                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1714                                 vm_page_spin_unlock(m);
1715                         } else if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1716                                 /*
1717                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
1718                                  */
1719                                 vm_page_spin_unlock(m);
1720                                 break;
1721                         } else {
1722                                 /*
1723                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
1724                                  */
1725                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
1726                                                               PQ_FREE + m->pc,
1727                                                               0);
1728                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
1729                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
1730                                         vm_page_spin_unlock(m);
1731                                         wakeup(m);
1732                                 } else {
1733                                         vm_page_spin_unlock(m);
1734                                 }
1735                         }
1736                         m = NULL;
1737                 }
1738                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
1739         }
1740         return (m);
1741 }
1742
1743 /*
1744  * vm_page_unmanage()
1745  *
1746  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1747  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1748  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1749  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1750  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1751  * operate on the page.
1752  *
1753  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1754  * will clear the flag.
1755  *
1756  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1757  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1758  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1759  * mappings.
1760  *
1761  * Caller must be holding the page busy.
1762  */
1763 void
1764 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1765 {
1766         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1767         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1768                 if (m->wire_count == 0)
1769                         vm_page_unqueue(m);
1770         }
1771         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1772 }
1773
1774 /*
1775  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1776  * paging queues as necessary.
1777  *
1778  * Caller must be holding the page busy.
1779  */
1780 void
1781 vm_page_wire(vm_page_t m)
1782 {
1783         /*
1784          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1785          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1786          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1787          * pages because they are always wired.
1788          */
1789         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1790         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1791                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
1792                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1793                                 vm_page_unqueue(m);
1794                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
1795                 }
1796                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1797                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1798         }
1799 }
1800
1801 /*
1802  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1803  *
1804  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1805  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1806  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1807  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1808  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1809  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1810  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1811  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1812  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1813  * reused more quickly.
1814  *
1815  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1816  * put clean pages on the cache queue.
1817  *
1818  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1819  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1820  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1821  * dirty pages in the cache are not allowed.
1822  *
1823  * The page queues must be locked.
1824  * This routine may not block.
1825  */
1826 void
1827 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1828 {
1829         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1830         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1831                 /* do nothing */
1832         } else if (m->wire_count <= 0) {
1833                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1834         } else {
1835                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
1836                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
1837                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1838                                 ;
1839                         } else if (activate) {
1840                                 vm_page_spin_lock(m);
1841                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE, 0);
1842                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1843                         } else {
1844                                 vm_page_spin_lock(m);
1845                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1846                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE,
1847                                                               0);
1848                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1849                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1850                         }
1851                 }
1852         }
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1857  * any associated swap, the swap is deallocated.
1858  *
1859  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1860  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1861  * except without unmapping it from the process address space.
1862  *
1863  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
1864  * This routine may not block.
1865  */
1866 static void
1867 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
1868 {
1869         u_short oqueue;
1870
1871         /*
1872          * Ignore if already inactive.
1873          */
1874         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1875                 return;
1876         _vm_page_queue_spin_lock(m);
1877         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1878
1879         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1880                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1881                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1882                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1883                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE, athead);
1884                 if (athead == 0)
1885                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1886         }
1887         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1888         /* leaves vm_page spinlocked */
1889 }
1890
1891 /*
1892  * Attempt to deactivate a page.
1893  *
1894  * No requirements.
1895  */
1896 void
1897 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1898 {
1899         vm_page_spin_lock(m);
1900         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1901         vm_page_spin_unlock(m);
1902 }
1903
1904 void
1905 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
1906 {
1907         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1908 }
1909
1910 /*
1911  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
1912  *
1913  * Returns 0 on failure, 1 on success
1914  *
1915  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
1916  * whether the page can be safely moved to the cache.
1917  */
1918 int
1919 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1920 {
1921         vm_page_spin_lock(m);
1922         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1923                 vm_page_spin_unlock(m);
1924                 return(0);
1925         }
1926         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
1927             (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1928                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
1929                         vm_page_spin_unlock(m);
1930                         wakeup(m);
1931                 } else {
1932                         vm_page_spin_unlock(m);
1933                 }
1934                 return(0);
1935         }
1936         vm_page_spin_unlock(m);
1937
1938         /*
1939          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
1940          * be moved to the cache.
1941          */
1942         vm_page_test_dirty(m);
1943         if (m->dirty) {
1944                 vm_page_wakeup(m);
1945                 return(0);
1946         }
1947         vm_page_cache(m);
1948         return(1);
1949 }
1950
1951 /*
1952  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1953  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1954  *
1955  * No requirements.
1956  */
1957 int
1958 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1959 {
1960         vm_page_spin_lock(m);
1961         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1962                 vm_page_spin_unlock(m);
1963                 return(0);
1964         }
1965         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
1966             (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1967                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
1968                         vm_page_spin_unlock(m);
1969                         wakeup(m);
1970                 } else {
1971                         vm_page_spin_unlock(m);
1972                 }
1973                 return(0);
1974         }
1975         vm_page_spin_unlock(m);
1976
1977         /*
1978          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
1979          * not be freed by this function.    We have to re-test the
1980          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
1981          */
1982         vm_page_test_dirty(m);
1983         if (m->dirty) {
1984                 vm_page_wakeup(m);
1985                 return(0);
1986         }
1987         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1988         if (m->dirty) {
1989                 vm_page_wakeup(m);
1990                 return(0);
1991         }
1992         vm_page_free(m);
1993         return(1);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * vm_page_cache
1998  *
1999  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2000  *
2001  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2002  * possibly even free the page.
2003  */
2004 void
2005 vm_page_cache(vm_page_t m)
2006 {
2007         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || m->busy ||
2008             m->wire_count || m->hold_count) {
2009                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2010                 vm_page_wakeup(m);
2011                 return;
2012         }
2013
2014         /*
2015          * Already in the cache (and thus not mapped)
2016          */
2017         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2018                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2019                 vm_page_wakeup(m);
2020                 return;
2021         }
2022
2023         /*
2024          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2025          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2026          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2027          */
2028         if (m->dirty) {
2029                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2030                         (long)m->pindex);
2031         }
2032
2033         /*
2034          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2035          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2036          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2037          * everything.
2038          */
2039         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2040         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
2041                         m->wire_count || m->hold_count) {
2042                 vm_page_wakeup(m);
2043         } else if (m->dirty) {
2044                 vm_page_deactivate(m);
2045                 vm_page_wakeup(m);
2046         } else {
2047                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2048                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2049                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2050                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2051                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2052                         vm_page_spin_unlock(m);
2053                         wakeup(m);
2054                 } else {
2055                         vm_page_spin_unlock(m);
2056                 }
2057                 vm_page_free_wakeup();
2058         }
2059 }
2060
2061 /*
2062  * vm_page_dontneed()
2063  *
2064  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2065  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2066  *
2067  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2068  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2069  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2070  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2071  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2072  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2073  *
2074  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2075  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2076  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2077  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2078  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2079  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2080  * often.
2081  *
2082  * The page must be busied.
2083  */
2084 void
2085 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2086 {
2087         static int dnweight;
2088         int dnw;
2089         int head;
2090
2091         dnw = ++dnweight;
2092
2093         /*
2094          * occassionally leave the page alone
2095          */
2096         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2097             m->queue == PQ_INACTIVE || 
2098             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2099         ) {
2100                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2101                         --m->act_count;
2102                 return;
2103         }
2104
2105         /*
2106          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2107          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2108          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2109          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2110          */
2111         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2112         pmap_clear_reference(m);
2113
2114         if (m->dirty == 0)
2115                 vm_page_test_dirty(m);
2116
2117         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2118                 /*
2119                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2120                  */
2121                 head = 0;
2122         } else {
2123                 /*
2124                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2125                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2126                  * at the head of the queue instead of the tail.
2127                  */
2128                 head = 1;
2129         }
2130         vm_page_spin_lock(m);
2131         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2132         vm_page_spin_unlock(m);
2133 }
2134
2135 /*
2136  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2137  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2138  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2139  * write can still be mapped read-only.
2140  *
2141  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2142  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2143  * busy bit is cleared.
2144  */
2145 void
2146 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2147 {
2148         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2149         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2150         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2151 }
2152
2153 void
2154 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2155 {
2156         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2157         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2158         if (m->busy == 0)
2159                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2160 }
2161
2162 /*
2163  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2164  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2165  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2166  * the page).
2167  *
2168  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2169  * page will be zero'd and marked valid.
2170  *
2171  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2172  * valid even if it already exists.
2173  *
2174  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2175  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2176  *
2177  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2178  * always returned if we had blocked.  
2179  *
2180  * This routine may not be called from an interrupt.
2181  *
2182  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2183  *
2184  * No other requirements.
2185  */
2186 vm_page_t
2187 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2188 {
2189         vm_page_t m;
2190         int error;
2191
2192         KKASSERT(allocflags &
2193                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2194         vm_object_hold(object);
2195         for (;;) {
2196                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2197                 if (error) {
2198                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2199                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2200                                 m = NULL;
2201                                 break;
2202                         }
2203                         /* retry */
2204                 } else if (m == NULL) {
2205                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2206                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2207                         if (m)
2208                                 break;
2209                         vm_wait(0);
2210                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2211                                 goto failed;
2212                 } else {
2213                         /* m found */
2214                         break;
2215                 }
2216         }
2217
2218         /*
2219          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2220          *
2221          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2222          * valid even if already valid.
2223          */
2224         if (m->valid == 0) {
2225                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2226                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2227                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2228                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2229                 }
2230         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2231                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2232                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2233         }
2234         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2235 failed:
2236         vm_object_drop(object);
2237         return(m);
2238 }
2239
2240 /*
2241  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2242  * a page.  May not block.
2243  *
2244  * Inputs are required to range within a page.
2245  *
2246  * No requirements.
2247  * Non blocking.
2248  */
2249 int
2250 vm_page_bits(int base, int size)
2251 {
2252         int first_bit;
2253         int last_bit;
2254
2255         KASSERT(
2256             base + size <= PAGE_SIZE,
2257             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2258         );
2259
2260         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2261                 return(0);
2262
2263         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2264         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2265
2266         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2267 }
2268
2269 /*
2270  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2271  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2272  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2273  * such chunks will be zero'd.
2274  *
2275  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2276  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2277  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2278  *       lost.
2279  *
2280  * This routine may not block.
2281  *
2282  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2283  */
2284 static void
2285 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2286 {
2287         int frag;
2288         int endoff;
2289
2290         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2291                 return;
2292
2293         /*
2294          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2295          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2296          * first block.
2297          */
2298
2299         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2300             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2301         ) {
2302                 pmap_zero_page_area(
2303                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2304                     frag,
2305                     base - frag
2306                 );
2307         }
2308
2309         /*
2310          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2311          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2312          * the last block.
2313          */
2314
2315         endoff = base + size;
2316
2317         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2318             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2319         ) {
2320                 pmap_zero_page_area(
2321                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2322                     endoff,
2323                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2324                 );
2325         }
2326 }
2327
2328 /*
2329  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2330  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2331  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2332  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2333  * be set again.
2334  *
2335  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2336  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2337  * the range.
2338  *
2339  * Page must be busied?
2340  * No other requirements.
2341  */
2342 void
2343 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2344 {
2345         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2346         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2347 }
2348
2349
2350 /*
2351  * Set valid bits and clear dirty bits.
2352  *
2353  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2354  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2355  *       and size.
2356  *
2357  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2358  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2359  *          So for now vm_token must also be held.
2360  *
2361  * No other requirements.
2362  */
2363 void
2364 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2365 {
2366         int pagebits;
2367
2368         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2369         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2370         m->valid |= pagebits;
2371         m->dirty &= ~pagebits;
2372         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2373                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2374                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2375         }
2376 }
2377
2378 /*
2379  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2380  *
2381  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2382  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2383  *          be held.
2384  *
2385  * No other requirements.
2386  */
2387 void
2388 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2389 {
2390         int pagebits;
2391
2392         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2393         m->valid |= pagebits;
2394         m->dirty |= pagebits;
2395         if (m->object)
2396                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Clear dirty bits.
2401  *
2402  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2403  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2404  *       and size.
2405  *
2406  * Page must be busied?
2407  * No other requirements.
2408  */
2409 void
2410 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2411 {
2412         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2413         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2414                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2415                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2416         }
2417 }
2418
2419 /*
2420  * Make the page all-dirty.
2421  *
2422  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2423  * object may now contain a dirty page.
2424  *
2425  * Page must be busied?
2426  * No other requirements.
2427  */
2428 void
2429 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2430 {
2431 #ifdef INVARIANTS
2432         int pqtype = m->queue - m->pc;
2433 #endif
2434         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2435                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2436         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2437                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2438                 if (m->object)
2439                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2440         }
2441 }
2442
2443 /*
2444  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2445  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2446  *
2447  * Page must be busied?
2448  * Does not block.
2449  * No other requirements.
2450  */
2451 void
2452 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2453 {
2454         int bits;
2455
2456         bits = vm_page_bits(base, size);
2457         m->valid &= ~bits;
2458         m->dirty &= ~bits;
2459         m->object->generation++;
2460 }
2461
2462 /*
2463  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2464  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2465  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2466  * page so user code sees what it expects.
2467  *
2468  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2469  * into memory and the file's size is not page aligned.
2470  *
2471  * Page must be busied?
2472  * No other requirements.
2473  */
2474 void
2475 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2476 {
2477         int b;
2478         int i;
2479
2480         /*
2481          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2482          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2483          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2484          * vm_page_set_validclean().
2485          */
2486         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2487                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2488                     (m->valid & (1 << i))
2489                 ) {
2490                         if (i > b) {
2491                                 pmap_zero_page_area(
2492                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2493                                     b << DEV_BSHIFT,
2494                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2495                                 );
2496                         }
2497                         b = i + 1;
2498                 }
2499         }
2500
2501         /*
2502          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2503          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2504          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2505          */
2506         if (setvalid)
2507                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2508 }
2509
2510 /*
2511  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2512  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2513  * invalid, and TRUE otherwise.
2514  *
2515  * Does not block.
2516  * No other requirements.
2517  */
2518 int
2519 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2520 {
2521         int bits = vm_page_bits(base, size);
2522
2523         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2524                 return 1;
2525         else
2526                 return 0;
2527 }
2528
2529 /*
2530  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2531  *
2532  * Caller must hold the page busy
2533  */
2534 void
2535 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2536 {
2537         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2538                 vm_page_dirty(m);
2539         }
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Register an action, associating it with its vm_page
2544  */
2545 void
2546 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2547 {
2548         struct vm_page_action_list *list;
2549         int hv;
2550
2551         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2552         list = &action_list[hv];
2553
2554         lwkt_gettoken(&vm_token);
2555         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2556         action->event = event;
2557         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2558         lwkt_reltoken(&vm_token);
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
2563  */
2564 void
2565 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
2566 {
2567         struct vm_page_action_list *list;
2568         int hv;
2569
2570         lwkt_gettoken(&vm_token);
2571         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
2572                 action->event = VMEVENT_NONE;
2573                 LIST_REMOVE(action, entry);
2574
2575                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2576                 list = &action_list[hv];
2577                 if (LIST_EMPTY(list))
2578                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
2579         }
2580         lwkt_reltoken(&vm_token);
2581 }
2582
2583 /*
2584  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
2585  * removed from the page's list and called.
2586  *
2587  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
2588  * PG_ACTIONLIST flag.
2589  */
2590 void
2591 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
2592 {
2593         struct vm_page_action_list *list;
2594         struct vm_page_action *scan;
2595         struct vm_page_action *next;
2596         int hv;
2597         int all;
2598
2599         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2600         list = &action_list[hv];
2601         all = 1;
2602
2603         lwkt_gettoken(&vm_token);
2604         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
2605                 if (scan->m == m) {
2606                         if (scan->event == event) {
2607                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
2608                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
2609                                 scan->func(m, scan);
2610                                 /* XXX */
2611                         } else {
2612                                 all = 0;
2613                         }
2614                 }
2615         }
2616         if (all)
2617                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
2618         lwkt_reltoken(&vm_token);
2619 }
2620
2621 #include "opt_ddb.h"
2622 #ifdef DDB
2623 #include <sys/kernel.h>
2624
2625 #include <ddb/ddb.h>
2626
2627 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2628 {
2629         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
2630         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
2631         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
2632         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
2633         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
2634         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
2635         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
2636         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
2637         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
2638         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
2639 }
2640
2641 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2642 {
2643         int i;
2644         db_printf("PQ_FREE:");
2645         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2646                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
2647         }
2648         db_printf("\n");
2649                 
2650         db_printf("PQ_CACHE:");
2651         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2652                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
2653         }
2654         db_printf("\n");
2655
2656         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2657                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
2658                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
2659 }
2660 #endif /* DDB */