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