Merge from vendor branch LIBARCHIVE:
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.39 2008/07/01 02:02:56 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67 /*
68  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
69  * A VM page is the core building block for memory management.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void vm_page_queue_init(void);
93 static void vm_page_free_wakeup(void);
94 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
95 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
96
97 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
98
99 #define ASSERT_IN_CRIT_SECTION()        KKASSERT(crit_test(curthread));
100
101 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
102              vm_pindex_t, pindex);
103
104 static void
105 vm_page_queue_init(void) 
106 {
107         int i;
108
109         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
110                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
111         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
112                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
113
114         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
115         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
116         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         /* PQ_NONE has no queue */
118
119         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
120                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
121 }
122
123 /*
124  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
125  */
126 long first_page = 0;
127 int vm_page_array_size = 0;
128 int vm_page_zero_count = 0;
129 vm_page_t vm_page_array = 0;
130
131 /*
132  * (low level boot)
133  *
134  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
135  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
136  */
137 void
138 vm_set_page_size(void)
139 {
140         if (vmstats.v_page_size == 0)
141                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
142         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
143                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
144 }
145
146 /*
147  * (low level boot)
148  *
149  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
150  * are added to both the head and tail of the associated free page
151  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
152  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
153  *
154  * Must be called in a critical section.
155  */
156 vm_page_t
157 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
158 {
159         struct vpgqueues *vpq;
160         vm_page_t m;
161
162         ++vmstats.v_page_count;
163         ++vmstats.v_free_count;
164         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
165         m->phys_addr = pa;
166         m->flags = 0;
167         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
168         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
169         KKASSERT(m->dirty == 0);
170
171         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
172         if (vpq->flipflop)
173                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
174         else
175                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
176         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
177
178         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
179         return (m);
180 }
181
182 /*
183  * (low level boot)
184  *
185  * Initializes the resident memory module.
186  *
187  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
188  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
189  * free list.
190  *
191  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
192  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
193  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
194  * already in use by the kernel.
195  */
196 vm_offset_t
197 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
198 {
199         vm_offset_t mapped;
200         vm_size_t npages;
201         vm_paddr_t page_range;
202         vm_paddr_t new_end;
203         int i;
204         vm_paddr_t pa;
205         int nblocks;
206         vm_paddr_t last_pa;
207         vm_paddr_t end;
208         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
209         vm_paddr_t total;
210
211         total = 0;
212         biggestsize = 0;
213         biggestone = 0;
214         nblocks = 0;
215         vaddr = round_page(vaddr);
216
217         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
218                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
219                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
220         }
221
222         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
223                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
224
225                 if (size > biggestsize) {
226                         biggestone = i;
227                         biggestsize = size;
228                 }
229                 ++nblocks;
230                 total += size;
231         }
232
233         end = phys_avail[biggestone+1];
234         end = trunc_page(end);
235
236         /*
237          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
238          * and the inactive queue.
239          */
240
241         vm_page_queue_init();
242
243         /*
244          * Compute the number of pages of memory that will be available for
245          * use (taking into account the overhead of a page structure per
246          * page).
247          */
248         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
249         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
250         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
251
252         /*
253          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
254          * queue.
255          */
256         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
257         mapped = vaddr;
258
259         /*
260          * Validate these addresses.
261          */
262         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
263         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
264             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
265
266         /*
267          * Clear all of the page structures
268          */
269         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
270         vm_page_array_size = page_range;
271
272         /*
273          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
274          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
275          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
276          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
277          */
278         vmstats.v_page_count = 0;
279         vmstats.v_free_count = 0;
280         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
281                 pa = phys_avail[i];
282                 if (i == biggestone)
283                         last_pa = new_end;
284                 else
285                         last_pa = phys_avail[i + 1];
286                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
287                         vm_add_new_page(pa);
288                         pa += PAGE_SIZE;
289                 }
290         }
291         return (mapped);
292 }
293
294 /*
295  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
296  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
297  */
298 int
299 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
300 {
301         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
302
303         if (p->pindex < info->start_pindex)
304                 return(-1);
305         if (p->pindex > info->end_pindex)
306                 return(1);
307         return(0);
308 }
309
310 int
311 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
312 {
313         if (p1->pindex < p2->pindex)
314                 return(-1);
315         if (p1->pindex > p2->pindex)
316                 return(1);
317         return(0);
318 }
319
320 /*
321  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
322  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
323  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
324  *
325  * This routine must be called at splvm().
326  */
327 void
328 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
329 {
330         --mem->hold_count;
331         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
332         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD) {
333                 vm_page_busy(mem);
334                 vm_page_free_toq(mem);
335         }
336 }
337
338 /*
339  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
340  *
341  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
342  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
343  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
344  * here so we *can't* do this anyway.
345  *
346  * This routine may not block.
347  * This routine must be called with a critical section held.
348  */
349 void
350 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
351 {
352         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
353         if (m->object != NULL)
354                 panic("vm_page_insert: already inserted");
355
356         /*
357          * Record the object/offset pair in this page
358          */
359         m->object = object;
360         m->pindex = pindex;
361
362         /*
363          * Insert it into the object.
364          */
365         vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m);
366         object->generation++;
367
368         /*
369          * show that the object has one more resident page.
370          */
371         object->resident_page_count++;
372
373         /*
374          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
375          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
376          */
377         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
378                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
379 }
380
381 /*
382  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
383  * and from the object's memq.
384  *
385  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
386  * This routine may not block.
387  *
388  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.  No spl needs to be
389  * held on call to this routine.
390  *
391  * note: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
392  * it busy.
393  */
394 void
395 vm_page_remove(vm_page_t m)
396 {
397         vm_object_t object;
398
399         crit_enter();
400         if (m->object == NULL) {
401                 crit_exit();
402                 return;
403         }
404
405         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
406                 panic("vm_page_remove: page not busy");
407
408         object = m->object;
409
410         /*
411          * Remove the page from the object and update the object.
412          */
413         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
414         object->resident_page_count--;
415         object->generation++;
416         m->object = NULL;
417
418         crit_exit();
419 }
420
421 /*
422  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
423  * page could not be found.
424  *
425  * This routine will operate properly without spl protection, but
426  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
427  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
428  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
429  * the caller should generally call this routine with a critical
430  * section held.
431  *
432  * Callers may call this routine without spl protection if they know
433  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
434  * by an interrupt.
435  */
436 vm_page_t
437 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
438 {
439         vm_page_t m;
440
441         /*
442          * Search the hash table for this object/offset pair
443          */
444         crit_enter();
445         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
446         crit_exit();
447         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
448         return(m);
449 }
450
451 /*
452  * vm_page_rename()
453  *
454  * Move the given memory entry from its current object to the specified
455  * target object/offset.
456  *
457  * The object must be locked.
458  * This routine may not block.
459  *
460  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
461  *
462  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
463  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
464  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
465  *       moving the page from object A to B, and will then later move
466  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
467  *
468  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
469  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
470  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
471  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
472  *       on the cache.
473  */
474 void
475 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
476 {
477         crit_enter();
478         vm_page_remove(m);
479         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
480         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
481                 vm_page_deactivate(m);
482         vm_page_dirty(m);
483         vm_page_wakeup(m);
484         crit_exit();
485 }
486
487 /*
488  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
489  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
490  * caller.
491  *
492  * This routine must be called at splhigh().
493  * This routine may not block.
494  */
495 void
496 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
497 {
498         int queue = m->queue;
499         struct vpgqueues *pq;
500
501         if (queue != PQ_NONE) {
502                 pq = &vm_page_queues[queue];
503                 m->queue = PQ_NONE;
504                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
505                 (*pq->cnt)--;
506                 pq->lcnt--;
507         }
508 }
509
510 /*
511  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
512  * if necessary.
513  *
514  * This routine must be called at splhigh().
515  * This routine may not block.
516  */
517 void
518 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
519 {
520         int queue = m->queue;
521         struct vpgqueues *pq;
522
523         if (queue != PQ_NONE) {
524                 m->queue = PQ_NONE;
525                 pq = &vm_page_queues[queue];
526                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
527                 (*pq->cnt)--;
528                 pq->lcnt--;
529                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
530                         if (vm_paging_needed())
531                                 pagedaemon_wakeup();
532                 }
533         }
534 }
535
536 /*
537  * vm_page_list_find()
538  *
539  * Find a page on the specified queue with color optimization.
540  *
541  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
542  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
543  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
544  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
545  *
546  * This routine must be called at splvm().
547  * This routine may not block.
548  *
549  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
550  * is available for outside callers but the only critical path is
551  * from within this source file.
552  */
553 static __inline
554 vm_page_t
555 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
556 {
557         vm_page_t m;
558
559         if (prefer_zero)
560                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
561         else
562                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
563         if (m == NULL)
564                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
565         return(m);
566 }
567
568 static vm_page_t
569 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
570 {
571         int i;
572         vm_page_t m = NULL;
573         struct vpgqueues *pq;
574
575         pq = &vm_page_queues[basequeue];
576
577         /*
578          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
579          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
580          * blown it by missing the cache case so we do not care.
581          */
582
583         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
584                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
585                         break;
586
587                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
588                         break;
589         }
590         return(m);
591 }
592
593 vm_page_t
594 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
595 {
596         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
597 }
598
599 /*
600  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
601  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
602  * keeps us from using potentially busy cached pages.
603  *
604  * This routine must be called with a critical section held.
605  * This routine may not block.
606  */
607 vm_page_t
608 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
609 {
610         vm_page_t m;
611
612         while (TRUE) {
613                 m = _vm_page_list_find(
614                     PQ_CACHE,
615                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
616                     FALSE
617                 );
618                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
619                                m->hold_count || m->wire_count)) {
620                         vm_page_deactivate(m);
621                         continue;
622                 }
623                 return m;
624         }
625         /* not reached */
626 }
627
628 /*
629  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
630  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
631  * otherwise.
632  *
633  * This routine must be called with a critical section held.
634  * This routine may not block.
635  */
636 static __inline vm_page_t
637 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
638 {
639         vm_page_t m;
640
641         m = _vm_page_list_find(
642                 PQ_FREE,
643                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
644                 prefer_zero
645         );
646         return(m);
647 }
648
649 /*
650  * vm_page_alloc()
651  *
652  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
653  * pair.
654  *
655  *      page_req classes:
656  *
657  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
658  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
659  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
660  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
661  *
662  * The object must be locked.
663  * This routine may not block.
664  * The returned page will be marked PG_BUSY
665  *
666  * Additional special handling is required when called from an interrupt
667  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
668  * in this case.
669  */
670 vm_page_t
671 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
672 {
673         vm_page_t m = NULL;
674
675         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
676                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
677         KKASSERT(page_req & 
678                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
679
680         /*
681          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
682          * allowed to eat deeper into the free page list.
683          */
684         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
685                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
686
687         crit_enter();
688 loop:
689         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
690             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
691             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
692                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
693         ) {
694                 /*
695                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
696                  */
697                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
698                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
699                 else
700                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
701         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
702                 /*
703                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
704                  * success, we must free the page and try again, thus
705                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
706                  */
707 #ifdef INVARIANTS
708                 if (curthread->td_preempted) {
709                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
710                                 " cache page from preempting interrupt\n");
711                         m = NULL;
712                 } else {
713                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
714                 }
715 #else
716                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
717 #endif
718                 /*
719                  * On success move the page into the free queue and loop.
720                  */
721                 if (m != NULL) {
722                         KASSERT(m->dirty == 0,
723                             ("Found dirty cache page %p", m));
724                         vm_page_busy(m);
725                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
726                         vm_page_free(m);
727                         goto loop;
728                 }
729
730                 /*
731                  * On failure return NULL
732                  */
733                 crit_exit();
734 #if defined(DIAGNOSTIC)
735                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
736                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
737 #endif
738                 vm_pageout_deficit++;
739                 pagedaemon_wakeup();
740                 return (NULL);
741         } else {
742                 /*
743                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
744                  */
745                 crit_exit();
746                 vm_pageout_deficit++;
747                 pagedaemon_wakeup();
748                 return (NULL);
749         }
750
751         /*
752          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
753          * a critical section.
754          */
755         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
756         KASSERT(m->dirty == 0, 
757                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
758
759         /*
760          * Remove from free queue
761          */
762         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
763
764         /*
765          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
766          * the page PG_BUSY
767          */
768         if (m->flags & PG_ZERO) {
769                 vm_page_zero_count--;
770                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
771         } else {
772                 m->flags = PG_BUSY;
773         }
774         m->wire_count = 0;
775         m->hold_count = 0;
776         m->act_count = 0;
777         m->busy = 0;
778         m->valid = 0;
779
780         /*
781          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
782          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
783          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
784          * anywhere.
785          */
786         vm_page_insert(m, object, pindex);
787
788         /*
789          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
790          * we would be nearly out of memory.
791          */
792         if (vm_paging_needed())
793                 pagedaemon_wakeup();
794
795         crit_exit();
796
797         /*
798          * A PG_BUSY page is returned.
799          */
800         return (m);
801 }
802
803 /*
804  * Block until free pages are available for allocation, called in various
805  * places before memory allocations.
806  */
807 void
808 vm_wait(int timo)
809 {
810         crit_enter();
811         if (curthread == pagethread) {
812                 vm_pageout_pages_needed = 1;
813                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
814         } else {
815                 if (!vm_pages_needed) {
816                         vm_pages_needed = 1;
817                         wakeup(&vm_pages_needed);
818                 }
819                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
820         }
821         crit_exit();
822 }
823
824 /*
825  * Block until free pages are available for allocation
826  *
827  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
828  * easily tracked.
829  *
830  * Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
831  * processes will be able to grab memory first.  Do not change
832  * this balance without careful testing first.
833  */
834 void
835 vm_waitpfault(void)
836 {
837         crit_enter();
838         if (!vm_pages_needed) {
839                 vm_pages_needed = 1;
840                 wakeup(&vm_pages_needed);
841         }
842         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
843         crit_exit();
844 }
845
846 /*
847  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
848  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
849  *
850  * The page queues must be locked.
851  * This routine may not block.
852  */
853 void
854 vm_page_activate(vm_page_t m)
855 {
856         crit_enter();
857         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
858                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
859                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
860
861                 vm_page_unqueue(m);
862
863                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
864                         m->queue = PQ_ACTIVE;
865                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
866                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
867                                             m, pageq);
868                         if (m->act_count < ACT_INIT)
869                                 m->act_count = ACT_INIT;
870                         vmstats.v_active_count++;
871                 }
872         } else {
873                 if (m->act_count < ACT_INIT)
874                         m->act_count = ACT_INIT;
875         }
876         crit_exit();
877 }
878
879 /*
880  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
881  * routine is called when a page has been added to the cache or free
882  * queues.
883  *
884  * This routine may not block.
885  * This routine must be called at splvm()
886  */
887 static __inline void
888 vm_page_free_wakeup(void)
889 {
890         /*
891          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
892          * some free.
893          */
894         if (vm_pageout_pages_needed &&
895             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
896             vmstats.v_pageout_free_min
897         ) {
898                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
899                 vm_pageout_pages_needed = 0;
900         }
901
902         /*
903          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
904          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
905          * lots of memory. this process will swapin processes.
906          */
907         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
908                 vm_pages_needed = 0;
909                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
910         }
911 }
912
913 /*
914  *      vm_page_free_toq:
915  *
916  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
917  *      any VM object.
918  *
919  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
920  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
921  *      on entry.
922  *
923  *      This routine may not block.
924  */
925 void
926 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
927 {
928         struct vpgqueues *pq;
929
930         crit_enter();
931         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
932
933         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
934
935         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
936                 kprintf(
937                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
938                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
939                     m->hold_count);
940                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
941                         panic("vm_page_free: freeing free page");
942                 else
943                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
944         }
945
946         /*
947          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
948          * the page here because we do not want to call the pager's
949          * callback routine until after we've put the page on the
950          * appropriate free queue.
951          */
952         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
953         vm_page_remove(m);
954
955         /*
956          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
957          * and queue removal.
958          */
959         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
960                 vm_page_wakeup(m);
961                 crit_exit();
962                 return;
963         }
964
965         m->valid = 0;
966         vm_page_undirty(m);
967
968         if (m->wire_count != 0) {
969                 if (m->wire_count > 1) {
970                     panic(
971                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
972                         m->wire_count, (long)m->pindex);
973                 }
974                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
975         }
976
977         /*
978          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
979          */
980         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
981             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
982         }
983
984         if (m->hold_count != 0) {
985                 m->flags &= ~PG_ZERO;
986                 m->queue = PQ_HOLD;
987         } else {
988                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
989         }
990         pq = &vm_page_queues[m->queue];
991         pq->lcnt++;
992         ++(*pq->cnt);
993
994         /*
995          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
996          * first ) and non-zerod pages at the head.
997          */
998         if (m->flags & PG_ZERO) {
999                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1000                 ++vm_page_zero_count;
1001         } else {
1002                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1003         }
1004         vm_page_wakeup(m);
1005         vm_page_free_wakeup();
1006         crit_exit();
1007 }
1008
1009 /*
1010  * vm_page_unmanage()
1011  *
1012  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1013  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1014  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1015  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1016  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1017  * operate on the page.
1018  *
1019  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1020  * will clear the flag.
1021  *
1022  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1023  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1024  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1025  * mappings.
1026  *
1027  * Must be called with a critical section held.
1028  */
1029 void
1030 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1031 {
1032         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1033         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1034                 if (m->wire_count == 0)
1035                         vm_page_unqueue(m);
1036         }
1037         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1042  * paging queues as necessary.
1043  *
1044  * The page queues must be locked.
1045  * This routine may not block.
1046  */
1047 void
1048 vm_page_wire(vm_page_t m)
1049 {
1050         /*
1051          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1052          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1053          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1054          * pages because they are always wired.
1055          */
1056         crit_enter();
1057         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1058                 if (m->wire_count == 0) {
1059                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1060                                 vm_page_unqueue(m);
1061                         vmstats.v_wire_count++;
1062                 }
1063                 m->wire_count++;
1064                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1065                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1066         }
1067         crit_exit();
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1072  *
1073  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1074  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1075  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1076  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1077  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1078  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1079  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1080  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1081  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1082  * reused more quickly.
1083  *
1084  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1085  * put clean pages on the cache queue.
1086  *
1087  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1088  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1089  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1090  * dirty pages in the cache are not allowed.
1091  *
1092  * The page queues must be locked.
1093  * This routine may not block.
1094  */
1095 void
1096 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1097 {
1098         crit_enter();
1099         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1100                 /* do nothing */
1101         } else if (m->wire_count <= 0) {
1102                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1103         } else {
1104                 if (--m->wire_count == 0) {
1105                         --vmstats.v_wire_count;
1106                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1107                                 ;
1108                         } else if (activate) {
1109                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1110                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1111                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1112                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1113                                 vmstats.v_active_count++;
1114                         } else {
1115                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1116                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1117                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1118                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1119                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1120                                 vmstats.v_inactive_count++;
1121                         }
1122                 }
1123         }
1124         crit_exit();
1125 }
1126
1127
1128 /*
1129  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1130  * any associated swap, the swap is deallocated.
1131  *
1132  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1133  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1134  * except without unmapping it from the process address space.
1135  *
1136  * This routine may not block.
1137  */
1138 static __inline void
1139 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1140 {
1141         /*
1142          * Ignore if already inactive.
1143          */
1144         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1145                 return;
1146
1147         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1148                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1149                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1150                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1151                 vm_page_unqueue(m);
1152                 if (athead)
1153                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1154                 else
1155                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1156                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1157                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1158                 vmstats.v_inactive_count++;
1159         }
1160 }
1161
1162 void
1163 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1164 {
1165     crit_enter();
1166     _vm_page_deactivate(m, 0);
1167     crit_exit();
1168 }
1169
1170 /*
1171  * vm_page_try_to_cache:
1172  *
1173  * Returns 0 on failure, 1 on success
1174  */
1175 int
1176 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1177 {
1178         crit_enter();
1179         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1180             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1181                 crit_exit();
1182                 return(0);
1183         }
1184         vm_page_test_dirty(m);
1185         if (m->dirty) {
1186                 crit_exit();
1187                 return(0);
1188         }
1189         vm_page_cache(m);
1190         crit_exit();
1191         return(1);
1192 }
1193
1194 /*
1195  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1196  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1197  */
1198 int
1199 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1200 {
1201         crit_enter();
1202         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1203             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1204                 crit_exit();
1205                 return(0);
1206         }
1207         vm_page_test_dirty(m);
1208         if (m->dirty) {
1209                 crit_exit();
1210                 return(0);
1211         }
1212         vm_page_busy(m);
1213         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1214         vm_page_free(m);
1215         crit_exit();
1216         return(1);
1217 }
1218
1219 /*
1220  * vm_page_cache
1221  *
1222  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1223  *
1224  * This routine may not block.
1225  */
1226 void
1227 vm_page_cache(vm_page_t m)
1228 {
1229         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1230
1231         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1232                         m->wire_count || m->hold_count) {
1233                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1234                 return;
1235         }
1236
1237         /*
1238          * Already in the cache (and thus not mapped)
1239          */
1240         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
1241                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1242                 return;
1243         }
1244
1245         /*
1246          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
1247          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
1248          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
1249          */
1250         if (m->dirty) {
1251                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1252                         (long)m->pindex);
1253         }
1254
1255         /*
1256          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1257          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
1258          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
1259          * everything.
1260          */
1261         vm_page_busy(m);
1262         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1263         vm_page_wakeup(m);
1264         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
1265                         m->wire_count || m->hold_count) {
1266                 /* do nothing */
1267         } else if (m->dirty) {
1268                 vm_page_deactivate(m);
1269         } else {
1270                 vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1271                 m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1272                 vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1273                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1274                 vmstats.v_cache_count++;
1275                 vm_page_free_wakeup();
1276         }
1277 }
1278
1279 /*
1280  * vm_page_dontneed()
1281  *
1282  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1283  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1284  *
1285  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1286  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1287  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1288  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1289  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1290  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1291  *
1292  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1293  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1294  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1295  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1296  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1297  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1298  * often.
1299  */
1300 void
1301 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1302 {
1303         static int dnweight;
1304         int dnw;
1305         int head;
1306
1307         dnw = ++dnweight;
1308
1309         /*
1310          * occassionally leave the page alone
1311          */
1312         crit_enter();
1313         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1314             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1315             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1316         ) {
1317                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1318                         --m->act_count;
1319                 crit_exit();
1320                 return;
1321         }
1322
1323         if (m->dirty == 0)
1324                 vm_page_test_dirty(m);
1325
1326         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1327                 /*
1328                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1329                  */
1330                 head = 0;
1331         } else {
1332                 /*
1333                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1334                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1335                  * at the head of the queue instead of the tail.
1336                  */
1337                 head = 1;
1338         }
1339         _vm_page_deactivate(m, head);
1340         crit_exit();
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1345  * A busy page is returned or NULL.
1346  *
1347  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1348  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1349  *
1350  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1351  * always returned if we had blocked.  
1352  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1353  * This routine may not be called from an interrupt.
1354  * The returned page may not be entirely valid.
1355  *
1356  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1357  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1358  * index.
1359  */
1360 vm_page_t
1361 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1362 {
1363         vm_page_t m;
1364         int generation;
1365
1366         KKASSERT(allocflags &
1367                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1368         crit_enter();
1369 retrylookup:
1370         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1371                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1372                         generation = object->generation;
1373
1374                         while ((object->generation == generation) &&
1375                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1376                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1377                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1378                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1379                                         m = NULL;
1380                                         goto done;
1381                                 }
1382                         }
1383                         goto retrylookup;
1384                 } else {
1385                         vm_page_busy(m);
1386                         goto done;
1387                 }
1388         }
1389         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1390         if (m == NULL) {
1391                 vm_wait(0);
1392                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1393                         goto done;
1394                 goto retrylookup;
1395         }
1396 done:
1397         crit_exit();
1398         return(m);
1399 }
1400
1401 /*
1402  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1403  * a page.  May not block.
1404  *
1405  * Inputs are required to range within a page.
1406  */
1407 __inline int
1408 vm_page_bits(int base, int size)
1409 {
1410         int first_bit;
1411         int last_bit;
1412
1413         KASSERT(
1414             base + size <= PAGE_SIZE,
1415             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1416         );
1417
1418         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1419                 return(0);
1420
1421         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1422         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1423
1424         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1425 }
1426
1427 /*
1428  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1429  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1430  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1431  * such chunks will be zero'd.
1432  *
1433  * This routine may not block.
1434  *
1435  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1436  */
1437 void
1438 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1439 {
1440         int pagebits;
1441         int frag;
1442         int endoff;
1443
1444         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1445                 return;
1446
1447         /*
1448          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1449          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1450          * first block.
1451          */
1452
1453         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1454             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1455         ) {
1456                 pmap_zero_page_area(
1457                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1458                     frag,
1459                     base - frag
1460                 );
1461         }
1462
1463         /*
1464          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1465          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1466          * the last block.
1467          */
1468
1469         endoff = base + size;
1470
1471         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1472             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1473         ) {
1474                 pmap_zero_page_area(
1475                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1476                     endoff,
1477                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1478                 );
1479         }
1480
1481         /*
1482          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1483          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1484          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1485          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1486          * be set again.
1487          *
1488          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1489          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1490          * the range.
1491          */
1492
1493         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1494         m->valid |= pagebits;
1495 #if 0   /* NOT YET */
1496         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1497                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1498                 base += frag;
1499                 size -= frag;
1500                 if (size < 0)
1501                     size = 0;
1502         }
1503         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1504 #endif
1505         m->dirty &= ~pagebits;
1506         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1507                 pmap_clear_modify(m);
1508                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1509         }
1510 }
1511
1512 void
1513 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1514 {
1515         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1516 }
1517
1518 /*
1519  * Make the page all-dirty.
1520  *
1521  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
1522  * object may now contain a dirty page.
1523  */
1524 void
1525 vm_page_dirty(vm_page_t m)
1526 {
1527 #ifdef INVARIANTS
1528         int pqtype = m->queue - m->pc;
1529 #endif
1530         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
1531                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
1532         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
1533                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1534                 if (m->object)
1535                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1536         }
1537 }
1538
1539 /*
1540  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1541  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1542  *
1543  * May not block.
1544  */
1545 void
1546 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1547 {
1548         int bits;
1549
1550         bits = vm_page_bits(base, size);
1551         m->valid &= ~bits;
1552         m->dirty &= ~bits;
1553         m->object->generation++;
1554 }
1555
1556 /*
1557  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1558  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1559  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1560  * page so user code sees what it expects.
1561  *
1562  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1563  * into memory and the file's size is not page aligned.
1564  */
1565 void
1566 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1567 {
1568         int b;
1569         int i;
1570
1571         /*
1572          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1573          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1574          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1575          * vm_page_set_validclean().
1576          */
1577         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1578                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1579                     (m->valid & (1 << i))
1580                 ) {
1581                         if (i > b) {
1582                                 pmap_zero_page_area(
1583                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1584                                     b << DEV_BSHIFT,
1585                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1586                                 );
1587                         }
1588                         b = i + 1;
1589                 }
1590         }
1591
1592         /*
1593          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1594          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1595          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1596          */
1597         if (setvalid)
1598                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1599 }
1600
1601 /*
1602  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1603  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1604  * invalid, and TRUE otherwise.
1605  *
1606  * May not block.
1607  */
1608 int
1609 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1610 {
1611         int bits = vm_page_bits(base, size);
1612
1613         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1614                 return 1;
1615         else
1616                 return 0;
1617 }
1618
1619 /*
1620  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1621  */
1622 void
1623 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1624 {
1625         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1626                 vm_page_dirty(m);
1627         }
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
1632  * removed from the page's list and called.
1633  */
1634 void
1635 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
1636 {
1637         struct vm_page_action *scan, *next;
1638
1639         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, &m->action_list, entry, next) {
1640                 if (scan->event == event) {
1641                         scan->event = VMEVENT_NONE;
1642                         LIST_REMOVE(scan, entry);
1643                         scan->func(m, scan);
1644                 }
1645         }
1646 }
1647
1648 #include "opt_ddb.h"
1649 #ifdef DDB
1650 #include <sys/kernel.h>
1651
1652 #include <ddb/ddb.h>
1653
1654 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1655 {
1656         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1657         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1658         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1659         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1660         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1661         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1662         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1663         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1664         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1665         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1666 }
1667
1668 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1669 {
1670         int i;
1671         db_printf("PQ_FREE:");
1672         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1673                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1674         }
1675         db_printf("\n");
1676                 
1677         db_printf("PQ_CACHE:");
1678         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1679                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1680         }
1681         db_printf("\n");
1682
1683         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1684                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1685                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1686 }
1687 #endif /* DDB */