Permanently fix the 'allocating low physmem in early boot' problem which
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.h
1 /*
2  * Copyright (c) 1991, 1993
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.h     8.2 (Berkeley) 12/13/93
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  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.h,v 1.75.2.8 2002/03/06 01:07:09 dillon Exp $
65  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.h,v 1.6 2003/09/14 21:14:53 dillon Exp $
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory system definitions.
70  */
71
72 #ifndef _VM_PAGE_
73 #define _VM_PAGE_
74
75 #if !defined(KLD_MODULE)
76 #include "opt_vmpage.h"
77 #endif
78
79 #include <vm/pmap.h>
80 #include <machine/atomic.h>
81
82 /*
83  *      Management of resident (logical) pages.
84  *
85  *      A small structure is kept for each resident
86  *      page, indexed by page number.  Each structure
87  *      is an element of several lists:
88  *
89  *              A hash table bucket used to quickly
90  *              perform object/offset lookups
91  *
92  *              A list of all pages for a given object,
93  *              so they can be quickly deactivated at
94  *              time of deallocation.
95  *
96  *              An ordered list of pages due for pageout.
97  *
98  *      In addition, the structure contains the object
99  *      and offset to which this page belongs (for pageout),
100  *      and sundry status bits.
101  *
102  *      Fields in this structure are locked either by the lock on the
103  *      object that the page belongs to (O) or by the lock on the page
104  *      queues (P).
105  *
106  *      The 'valid' and 'dirty' fields are distinct.  A page may have dirty
107  *      bits set without having associated valid bits set.  This is used by
108  *      NFS to implement piecemeal writes.
109  */
110
111 TAILQ_HEAD(pglist, vm_page);
112
113 struct vm_page {
114         TAILQ_ENTRY(vm_page) pageq;     /* queue info for FIFO queue or free list (P) */
115         struct vm_page  *hnext;         /* hash table link (O,P)        */
116         TAILQ_ENTRY(vm_page) listq;     /* pages in same object (O)     */
117
118         vm_object_t object;             /* which object am I in (O,P)*/
119         vm_pindex_t pindex;             /* offset into object (O,P) */
120         vm_offset_t phys_addr;          /* physical address of page */
121         struct md_page md;              /* machine dependant stuff */
122         u_short queue;                  /* page queue index */
123         u_short flags,                  /* see below */
124                 pc;                     /* page color */
125         u_short wire_count;             /* wired down maps refs (P) */
126         short hold_count;               /* page hold count */
127         u_char  act_count;              /* page usage count */
128         u_char  busy;                   /* page busy count */
129         /* NOTE that these must support one bit per DEV_BSIZE in a page!!! */
130         /* so, on normal X86 kernels, they must be at least 8 bits wide */
131 #if PAGE_SIZE == 4096
132         u_char  valid;                  /* map of valid DEV_BSIZE chunks */
133         u_char  dirty;                  /* map of dirty DEV_BSIZE chunks */
134 #elif PAGE_SIZE == 8192
135         u_short valid;                  /* map of valid DEV_BSIZE chunks */
136         u_short dirty;                  /* map of dirty DEV_BSIZE chunks */
137 #endif
138 };
139
140 /*
141  * note: currently use SWAPBLK_NONE as an absolute value rather then 
142  * a flag bit.
143  */
144
145 #define SWAPBLK_MASK    ((daddr_t)((u_daddr_t)-1 >> 1))         /* mask */
146 #define SWAPBLK_NONE    ((daddr_t)((u_daddr_t)SWAPBLK_MASK + 1))/* flag */
147
148 #if !defined(KLD_MODULE)
149
150 /*
151  * Page coloring parameters
152  */
153 /* Each of PQ_FREE, and PQ_CACHE have PQ_HASH_SIZE entries */
154
155 /* Backward compatibility for existing PQ_*CACHE config options. */
156 #if !defined(PQ_CACHESIZE)
157 #if defined(PQ_HUGECACHE)
158 #define PQ_CACHESIZE 1024
159 #elif defined(PQ_LARGECACHE)
160 #define PQ_CACHESIZE 512
161 #elif defined(PQ_MEDIUMCACHE)
162 #define PQ_CACHESIZE 256
163 #elif defined(PQ_NORMALCACHE)
164 #define PQ_CACHESIZE 64
165 #elif defined(PQ_NOOPT)
166 #define PQ_CACHESIZE 0
167 #else
168 #define PQ_CACHESIZE 128
169 #endif
170 #endif
171
172 #if PQ_CACHESIZE >= 1024
173 #define PQ_PRIME1 31    /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
174 #define PQ_PRIME2 23    /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
175 #define PQ_L2_SIZE 256  /* A number of colors opt for 1M cache */
176
177 #elif PQ_CACHESIZE >= 512
178 #define PQ_PRIME1 31    /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
179 #define PQ_PRIME2 23    /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
180 #define PQ_L2_SIZE 128  /* A number of colors opt for 512K cache */
181
182 #elif PQ_CACHESIZE >= 256
183 #define PQ_PRIME1 13    /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
184 #define PQ_PRIME2 7     /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
185 #define PQ_L2_SIZE 64   /* A number of colors opt for 256K cache */
186
187 #elif PQ_CACHESIZE >= 128
188 #define PQ_PRIME1 9     /* Produces a good PQ_L2_SIZE/3 + PQ_PRIME1 */
189 #define PQ_PRIME2 5     /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
190 #define PQ_L2_SIZE 32   /* A number of colors opt for 128k cache */
191
192 #elif PQ_CACHESIZE >= 64
193 #define PQ_PRIME1 5     /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
194 #define PQ_PRIME2 3     /* Prime number somewhat less than PQ_HASH_SIZE */
195 #define PQ_L2_SIZE 16   /* A reasonable number of colors (opt for 64K cache) */
196
197 #else
198 #define PQ_PRIME1 1     /* Disable page coloring. */
199 #define PQ_PRIME2 1
200 #define PQ_L2_SIZE 1
201
202 #endif
203
204 #define PQ_L2_MASK (PQ_L2_SIZE - 1)
205
206 #define PQ_NONE 0
207 #define PQ_FREE 1
208 #define PQ_INACTIVE (1 + 1*PQ_L2_SIZE)
209 #define PQ_ACTIVE (2 + 1*PQ_L2_SIZE)
210 #define PQ_CACHE (3 + 1*PQ_L2_SIZE)
211 #define PQ_HOLD  (3 + 2*PQ_L2_SIZE)
212 #define PQ_COUNT (4 + 2*PQ_L2_SIZE)
213
214 struct vpgqueues {
215         struct pglist pl;
216         int     *cnt;
217         int     lcnt;
218         int     flipflop;       /* probably not the best place */
219 };
220
221 extern struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
222
223 #endif
224
225 /*
226  * These are the flags defined for vm_page.
227  *
228  * Note: PG_FILLED and PG_DIRTY are added for the filesystems.
229  *
230  * Note: PG_UNMANAGED (used by OBJT_PHYS) indicates that the page is
231  *       not under PV management but otherwise should be treated as a
232  *       normal page.  Pages not under PV management cannot be paged out
233  *       via the object/vm_page_t because there is no knowledge of their
234  *       pte mappings, nor can they be removed from their objects via 
235  *       the object, and such pages are also not on any PQ queue.
236  */
237 #define PG_BUSY         0x0001          /* page is in transit (O) */
238 #define PG_WANTED       0x0002          /* someone is waiting for page (O) */
239 #define PG_WINATCFLS    0x0004          /* flush dirty page on inactive q */
240 #define PG_FICTITIOUS   0x0008          /* physical page doesn't exist (O) */
241 #define PG_WRITEABLE    0x0010          /* page is mapped writeable */
242 #define PG_MAPPED       0x0020          /* page is mapped */
243 #define PG_ZERO         0x0040          /* page is zeroed */
244 #define PG_REFERENCED   0x0080          /* page has been referenced */
245 #define PG_CLEANCHK     0x0100          /* page will be checked for cleaning */
246 #define PG_SWAPINPROG   0x0200          /* swap I/O in progress on page      */
247 #define PG_NOSYNC       0x0400          /* do not collect for syncer */
248 #define PG_UNMANAGED    0x0800          /* No PV management for page */
249 #define PG_MARKER       0x1000          /* special queue marker page */
250
251 /*
252  * Misc constants.
253  */
254
255 #define ACT_DECLINE             1
256 #define ACT_ADVANCE             3
257 #define ACT_INIT                5
258 #define ACT_MAX                 64
259 #define PFCLUSTER_BEHIND        3
260 #define PFCLUSTER_AHEAD         3
261
262 #ifdef _KERNEL
263 /*
264  * Each pageable resident page falls into one of four lists:
265  *
266  *      free
267  *              Available for allocation now.
268  *
269  * The following are all LRU sorted:
270  *
271  *      cache
272  *              Almost available for allocation. Still in an
273  *              object, but clean and immediately freeable at
274  *              non-interrupt times.
275  *
276  *      inactive
277  *              Low activity, candidates for reclamation.
278  *              This is the list of pages that should be
279  *              paged out next.
280  *
281  *      active
282  *              Pages that are "active" i.e. they have been
283  *              recently referenced.
284  *
285  *      zero
286  *              Pages that are really free and have been pre-zeroed
287  *
288  */
289
290 extern int vm_page_zero_count;
291
292 extern vm_page_t vm_page_array;         /* First resident page in table */
293 extern int vm_page_array_size;          /* number of vm_page_t's */
294 extern long first_page;                 /* first physical page number */
295
296 #define VM_PAGE_TO_PHYS(entry)  ((entry)->phys_addr)
297
298 #define PHYS_TO_VM_PAGE(pa) \
299                 (&vm_page_array[atop(pa) - first_page ])
300
301 /*
302  *      Functions implemented as macros
303  */
304
305 static __inline void
306 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned int bits)
307 {
308         atomic_set_short(&(m)->flags, bits);
309 }
310
311 static __inline void
312 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned int bits)
313 {
314         atomic_clear_short(&(m)->flags, bits);
315 }
316
317 #if 0
318 static __inline void
319 vm_page_assert_wait(vm_page_t m, int interruptible)
320 {
321         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED);
322         assert_wait((int) m, interruptible);
323 }
324 #endif
325
326 static __inline void
327 vm_page_busy(vm_page_t m)
328 {
329         KASSERT((m->flags & PG_BUSY) == 0, ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
330         vm_page_flag_set(m, PG_BUSY);
331 }
332
333 /*
334  *      vm_page_flash:
335  *
336  *      wakeup anyone waiting for the page.
337  */
338
339 static __inline void
340 vm_page_flash(vm_page_t m)
341 {
342         if (m->flags & PG_WANTED) {
343                 vm_page_flag_clear(m, PG_WANTED);
344                 wakeup(m);
345         }
346 }
347
348 /*
349  *      vm_page_wakeup:
350  *
351  *      clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
352  *      page.
353  *
354  */
355
356 static __inline void
357 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
358 {
359         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
360         vm_page_flag_clear(m, PG_BUSY);
361         vm_page_flash(m);
362 }
363
364 /*
365  *
366  *
367  */
368
369 static __inline void
370 vm_page_io_start(vm_page_t m)
371 {
372         atomic_add_char(&(m)->busy, 1);
373 }
374
375 static __inline void
376 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
377 {
378         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
379         if (m->busy == 0)
380                 vm_page_flash(m);
381 }
382
383
384 #if PAGE_SIZE == 4096
385 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xff
386 #endif
387
388 #if PAGE_SIZE == 8192
389 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffff
390 #endif
391
392 #define VM_ALLOC_NORMAL         0
393 #define VM_ALLOC_INTERRUPT      1
394 #define VM_ALLOC_SYSTEM         2
395 #define VM_ALLOC_ZERO           3
396 #define VM_ALLOC_RETRY          0x80
397
398 void vm_page_unhold(vm_page_t mem);
399
400 void vm_page_activate (vm_page_t);
401 vm_page_t vm_page_alloc (vm_object_t, vm_pindex_t, int);
402 vm_page_t vm_page_grab (vm_object_t, vm_pindex_t, int);
403 void vm_page_cache (vm_page_t);
404 int vm_page_try_to_cache (vm_page_t);
405 int vm_page_try_to_free (vm_page_t);
406 void vm_page_dontneed (vm_page_t);
407 static __inline void vm_page_copy (vm_page_t, vm_page_t);
408 static __inline void vm_page_free (vm_page_t);
409 static __inline void vm_page_free_zero (vm_page_t);
410 void vm_page_deactivate (vm_page_t);
411 void vm_page_insert (vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
412 vm_page_t vm_page_lookup (vm_object_t, vm_pindex_t);
413 void vm_page_remove (vm_page_t);
414 void vm_page_rename (vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
415 vm_offset_t vm_page_startup (vm_offset_t, vm_offset_t, vm_offset_t);
416 vm_page_t vm_add_new_page (vm_offset_t pa);
417 void vm_page_unmanage (vm_page_t);
418 void vm_page_unwire (vm_page_t, int);
419 void vm_page_wire (vm_page_t);
420 void vm_page_unqueue (vm_page_t);
421 void vm_page_unqueue_nowakeup (vm_page_t);
422 void vm_page_set_validclean (vm_page_t, int, int);
423 void vm_page_set_dirty (vm_page_t, int, int);
424 void vm_page_clear_dirty (vm_page_t, int, int);
425 void vm_page_set_invalid (vm_page_t, int, int);
426 static __inline boolean_t vm_page_zero_fill (vm_page_t);
427 int vm_page_is_valid (vm_page_t, int, int);
428 void vm_page_test_dirty (vm_page_t);
429 int vm_page_bits (int, int);
430 vm_page_t _vm_page_list_find (int, int);
431 void vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid);
432 void vm_page_free_toq(vm_page_t m);
433
434 /*
435  * Keep page from being freed by the page daemon
436  * much of the same effect as wiring, except much lower
437  * overhead and should be used only for *very* temporary
438  * holding ("wiring").
439  */
440 static __inline void
441 vm_page_hold(vm_page_t mem)
442 {
443         mem->hold_count++;
444 }
445
446 /*
447  *      vm_page_protect:
448  *
449  *      Reduce the protection of a page.  This routine never raises the 
450  *      protection and therefore can be safely called if the page is already
451  *      at VM_PROT_NONE (it will be a NOP effectively ).
452  */
453
454 static __inline void
455 vm_page_protect(vm_page_t mem, int prot)
456 {
457         if (prot == VM_PROT_NONE) {
458                 if (mem->flags & (PG_WRITEABLE|PG_MAPPED)) {
459                         pmap_page_protect(mem, VM_PROT_NONE);
460                         vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE|PG_MAPPED);
461                 }
462         } else if ((prot == VM_PROT_READ) && (mem->flags & PG_WRITEABLE)) {
463                 pmap_page_protect(mem, VM_PROT_READ);
464                 vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE);
465         }
466 }
467
468 /*
469  *      vm_page_zero_fill:
470  *
471  *      Zero-fill the specified page.
472  *      Written as a standard pagein routine, to
473  *      be used by the zero-fill object.
474  */
475 static __inline boolean_t
476 vm_page_zero_fill(m)
477         vm_page_t m;
478 {
479         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
480         return (TRUE);
481 }
482
483 /*
484  *      vm_page_copy:
485  *
486  *      Copy one page to another
487  */
488 static __inline void
489 vm_page_copy(src_m, dest_m)
490         vm_page_t src_m;
491         vm_page_t dest_m;
492 {
493         pmap_copy_page(VM_PAGE_TO_PHYS(src_m), VM_PAGE_TO_PHYS(dest_m));
494         dest_m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
495 }
496
497 /*
498  *      vm_page_free:
499  *
500  *      Free a page
501  *
502  *      The clearing of PG_ZERO is a temporary safety until the code can be
503  *      reviewed to determine that PG_ZERO is being properly cleared on
504  *      write faults or maps.  PG_ZERO was previously cleared in 
505  *      vm_page_alloc().
506  */
507 static __inline void
508 vm_page_free(m)
509         vm_page_t m;
510 {
511         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
512         vm_page_free_toq(m);
513 }
514
515 /*
516  *      vm_page_free_zero:
517  *
518  *      Free a page to the zerod-pages queue
519  */
520 static __inline void
521 vm_page_free_zero(m)
522         vm_page_t m;
523 {
524         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
525         vm_page_free_toq(m);
526 }
527
528 /*
529  *      vm_page_sleep_busy:
530  *
531  *      Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
532  *      m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep ( including if 
533  *      it almost had to sleep and made temporary spl*() mods), FALSE 
534  *      otherwise.
535  *
536  *      This routine assumes that interrupts can only remove the busy
537  *      status from a page, not set the busy status or change it from
538  *      PG_BUSY to m->busy or vise versa (which would create a timing
539  *      window).
540  *
541  *      Note that being an inline, this code will be well optimized.
542  */
543
544 static __inline int
545 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
546 {
547         if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy))  {
548                 int s = splvm();
549                 if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy)) {
550                         /*
551                          * Page is busy. Wait and retry.
552                          */
553                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
554                         tsleep(m, 0, msg, 0);
555                 }
556                 splx(s);
557                 return(TRUE);
558                 /* not reached */
559         }
560         return(FALSE);
561 }
562
563 /*
564  *      vm_page_dirty:
565  *
566  *      make page all dirty
567  */
568
569 static __inline void
570 vm_page_dirty(vm_page_t m)
571 {
572 #if !defined(KLD_MODULE)
573         KASSERT(m->queue - m->pc != PQ_CACHE, ("vm_page_dirty: page in cache!"));
574 #endif
575         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
576 }
577
578 /*
579  *      vm_page_undirty:
580  *
581  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits 
582  */
583
584 static __inline void
585 vm_page_undirty(vm_page_t m)
586 {
587         m->dirty = 0;
588 }
589
590 #if !defined(KLD_MODULE)
591
592 static __inline vm_page_t
593 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
594 {
595         vm_page_t m;
596
597 #if PQ_L2_SIZE > 1
598         if (prefer_zero) {
599                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
600         } else {
601                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
602         }
603         if (m == NULL)
604                 m = _vm_page_list_find(basequeue, index);
605 #else
606         if (prefer_zero) {
607                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue].pl, pglist);
608         } else {
609                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue].pl);
610         }
611 #endif
612         return(m);
613 }
614
615 #endif
616
617 #endif                          /* _KERNEL */
618 #endif                          /* !_VM_PAGE_ */