Merge branch 'vendor/LIBARCHIVE'
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76 #include <sys/alist.h>
77 #include <sys/sysctl.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/swap_pager.h>
91
92 #include <machine/inttypes.h>
93 #include <machine/md_var.h>
94
95 #include <vm/vm_page2.h>
96 #include <sys/spinlock2.h>
97
98 #define VMACTION_HSIZE  256
99 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
100
101 static void vm_page_queue_init(void);
102 static void vm_page_free_wakeup(void);
103 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
104 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
105 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
106
107 /*
108  * Array of tailq lists
109  */
110 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
111
112 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
113 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
114 static volatile int vm_pages_waiting;
115
116 static struct alist vm_contig_alist;
117 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
118 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin);
119
120 static u_long vm_dma_reserved = 0;
121 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
122 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
123             "Memory reserved for DMA");
124 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
125             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
126
127 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
128              vm_pindex_t, pindex);
129
130 static void
131 vm_page_queue_init(void) 
132 {
133         int i;
134
135         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
136                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
137         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
138                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
139         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
140                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
141         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
142                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
143         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
144                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
145         /* PQ_NONE has no queue */
146
147         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
148                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
149                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin);
150         }
151
152         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
153                 LIST_INIT(&action_list[i]);
154 }
155
156 /*
157  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
158  */
159 long first_page = 0;
160 int vm_page_array_size = 0;
161 int vm_page_zero_count = 0;
162 vm_page_t vm_page_array = NULL;
163 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
164
165 /*
166  * (low level boot)
167  *
168  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
169  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
170  */
171 void
172 vm_set_page_size(void)
173 {
174         if (vmstats.v_page_size == 0)
175                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
176         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
177                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
178 }
179
180 /*
181  * (low level boot)
182  *
183  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
184  * are added to both the head and tail of the associated free page
185  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
186  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
187  *
188  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
189  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
190  *
191  * Must be called in a critical section.
192  */
193 static void
194 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
195 {
196         struct vpgqueues *vpq;
197         vm_page_t m;
198
199         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
200         m->phys_addr = pa;
201         m->flags = 0;
202         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
203 #ifdef SMP
204         /*
205          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
206          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
207          */
208         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
209         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
210 #endif
211         /*
212          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
213          * contigmalloc() to use.
214          */
215         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
216                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
217                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
218                 m->queue = PQ_NONE;
219                 m->wire_count = 1;
220                 atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
221                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
222                 return;
223         }
224
225         /*
226          * General page
227          */
228         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
229         KKASSERT(m->dirty == 0);
230
231         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
232         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
233         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
234         if ((vpq->flipflop & 15) == 0) {
235                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
236                 m->flags |= PG_ZERO;
237                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
238                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
239         } else {
240                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
241         }
242         ++vpq->flipflop;
243         ++vpq->lcnt;
244 }
245
246 /*
247  * (low level boot)
248  *
249  * Initializes the resident memory module.
250  *
251  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
252  * kernel_map becoming available.
253  *
254  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
255  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
256  *
257  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
258  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
259  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
260  */
261 void
262 vm_page_startup(void)
263 {
264         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
265         vm_offset_t mapped;
266         vm_size_t npages;
267         vm_paddr_t page_range;
268         vm_paddr_t new_end;
269         int i;
270         vm_paddr_t pa;
271         int nblocks;
272         vm_paddr_t last_pa;
273         vm_paddr_t end;
274         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
275         vm_paddr_t total;
276
277         total = 0;
278         biggestsize = 0;
279         biggestone = 0;
280         nblocks = 0;
281         vaddr = round_page(vaddr);
282
283         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
284                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
285                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
286         }
287
288         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
289                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
290
291                 if (size > biggestsize) {
292                         biggestone = i;
293                         biggestsize = size;
294                 }
295                 ++nblocks;
296                 total += size;
297         }
298
299         end = phys_avail[biggestone+1];
300         end = trunc_page(end);
301
302         /*
303          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
304          * and the inactive queue.
305          */
306         vm_page_queue_init();
307
308 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
309         /*
310          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
311          * vm_page_dump
312          *
313          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
314          * needs to be included in a minidump.
315          *
316          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
317          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
318          *
319          * However, i386 still needs this workspace internally within the
320          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
321          * included should the sf_buf code decide to use them.
322          */
323         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
324         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
325         end -= vm_page_dump_size;
326         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
327             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
328         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
329 #endif
330         /*
331          * Compute the number of pages of memory that will be available for
332          * use (taking into account the overhead of a page structure per
333          * page).
334          */
335         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
336         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
337         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
338
339 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
340         /*
341          * (only applies to real kernels)
342          *
343          * Initialize the contiguous reserve map.  We initially reserve up
344          * to 1/4 available physical memory or 65536 pages (~256MB), whichever
345          * is lower.
346          *
347          * Once device initialization is complete we return most of the
348          * reserved memory back to the normal page queues but leave some
349          * in reserve for things like usb attachments.
350          */
351         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
352         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
353                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
354         if (vm_dma_reserved == 0) {
355                 vm_dma_reserved = 16 * 1024 * 1024;     /* 16MB */
356                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
357                         vm_dma_reserved = total / 16;
358         }
359 #endif
360         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
361                    ALIST_RECORDS_65536);
362
363         /*
364          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
365          * queue.
366          */
367         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
368         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
369         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
370
371 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
372         /*
373          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
374          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
375          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
376          */
377         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
378                 dump_add_page(pa);
379 #endif
380
381         /*
382          * Clear all of the page structures
383          */
384         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
385         vm_page_array_size = page_range;
386
387         /*
388          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
389          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
390          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
391          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
392          */
393         vmstats.v_page_count = 0;
394         vmstats.v_free_count = 0;
395         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
396                 pa = phys_avail[i];
397                 if (i == biggestone)
398                         last_pa = new_end;
399                 else
400                         last_pa = phys_avail[i + 1];
401                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
402                         vm_add_new_page(pa);
403                         pa += PAGE_SIZE;
404                 }
405         }
406         if (virtual2_start)
407                 virtual2_start = vaddr;
408         else
409                 virtual_start = vaddr;
410 }
411
412 /*
413  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
414  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
415  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
416  * allocations.
417  *
418  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
419  */
420 static void
421 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
422 {
423         alist_blk_t blk;
424         alist_blk_t rblk;
425         alist_blk_t count;
426         alist_blk_t xcount;
427         alist_blk_t bfree;
428         vm_page_t m;
429
430         spin_lock(&vm_contig_spin);
431         for (;;) {
432                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
433                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
434                         break;
435                 if (count == 0)
436                         break;
437
438                 /*
439                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
440                  * free in order to reach our target.
441                  */
442                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
443                 if (count > bfree) {
444                         blk += count - bfree;
445                         count = bfree;
446                 }
447
448                 /*
449                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
450                  */
451                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
452                         ;
453                 xcount >>= 1;
454                 blk += count - xcount;
455                 count = xcount;
456
457                 /*
458                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
459                  * the normal VM page queues.
460                  *
461                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
462                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
463                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
464                  * confusion.
465                  */
466                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
467                 if (rblk != blk) {
468                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
469                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
470                                 blk, count, rblk);
471                         break;
472                 }
473                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
474                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
475
476                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
477                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
478                 while (count) {
479                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
480                         vm_page_unwire(m, 0);
481                         vm_page_free(m);
482                         --count;
483                         ++m;
484                 }
485                 spin_lock(&vm_contig_spin);
486         }
487         spin_unlock(&vm_contig_spin);
488
489         /*
490          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
491          * how much is left over.
492          */
493         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
494                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
495                 (PAGE_SIZE / 1024),
496                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
497 }
498 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
499         vm_page_startup_finish, NULL)
500
501
502 /*
503  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
504  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
505  */
506 int
507 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
508 {
509         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
510
511         if (p->pindex < info->start_pindex)
512                 return(-1);
513         if (p->pindex > info->end_pindex)
514                 return(1);
515         return(0);
516 }
517
518 int
519 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
520 {
521         if (p1->pindex < p2->pindex)
522                 return(-1);
523         if (p1->pindex > p2->pindex)
524                 return(1);
525         return(0);
526 }
527
528 /*
529  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
530  * allocating and freeing pages at least.
531  *
532  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
533  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
534  * unless both the page and queue are locked.
535  */
536 static __inline
537 void
538 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
539 {
540         u_short queue;
541
542         queue = m->queue;
543         if (queue != PQ_NONE) {
544                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
545                 KKASSERT(queue == m->queue);
546         }
547 }
548
549 static __inline
550 void
551 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
552 {
553         u_short queue;
554
555         queue = m->queue;
556         cpu_ccfence();
557         if (queue != PQ_NONE)
558                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
559 }
560
561 static __inline
562 void
563 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
564 {
565         cpu_ccfence();
566         if (queue != PQ_NONE)
567                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
568 }
569
570
571 static __inline
572 void
573 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
574 {
575         cpu_ccfence();
576         if (queue != PQ_NONE)
577                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
578 }
579
580 void
581 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
582 {
583         _vm_page_queue_spin_lock(m);
584 }
585
586 void
587 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
588 {
589         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
590 }
591
592 void
593 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
594 {
595         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
596 }
597
598 void
599 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
600 {
601         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
602 }
603
604 /*
605  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
606  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
607  * recheck on return.
608  */
609 static __inline
610 void
611 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
612 {
613         vm_page_spin_lock(m);
614         _vm_page_queue_spin_lock(m);
615 }
616
617 static __inline
618 void
619 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
620 {
621         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
622         vm_page_spin_unlock(m);
623 }
624
625 void
626 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
627 {
628         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
629 }
630
631 void
632 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
633 {
634         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
635 }
636
637 /*
638  * Helper function removes vm_page from its current queue.
639  * Returns the base queue the page used to be on.
640  *
641  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
642  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
643  */
644 static __inline u_short
645 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
646 {
647         struct vpgqueues *pq;
648         u_short queue;
649
650         queue = m->queue;
651         if (queue != PQ_NONE) {
652                 pq = &vm_page_queues[queue];
653                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
654                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
655                 pq->lcnt--;
656                 m->queue = PQ_NONE;
657                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
658                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
659                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
660                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
661                         return (queue - m->pc);
662         }
663         return queue;
664 }
665
666 /*
667  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
668  *
669  * The vm_page must be spinlocked.
670  * This function will return with both the page and the queue locked.
671  */
672 static __inline void
673 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
674 {
675         struct vpgqueues *pq;
676
677         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
678
679         if (queue != PQ_NONE) {
680                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
681                 pq = &vm_page_queues[queue];
682                 ++pq->lcnt;
683                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
684                 m->queue = queue;
685
686                 /*
687                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
688                  * first ) and non-zerod pages at the head.
689                  */
690                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
691                         if (m->flags & PG_ZERO) {
692                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
693                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
694                         } else {
695                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
696                         }
697                 } else if (athead) {
698                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
699                 } else {
700                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
701                 }
702                 /* leave the queue spinlocked */
703         }
704 }
705
706 /*
707  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
708  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
709  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
710  *
711  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
712  * guaranteed to be available.
713  */
714 void
715 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
716 {
717         u_int32_t flags;
718
719         for (;;) {
720                 flags = m->flags;
721                 cpu_ccfence();
722
723                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
724                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
725                         break;
726                 }
727                 tsleep_interlock(m, 0);
728                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
729                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
730                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
731                         break;
732                 }
733         }
734 }
735
736 /*
737  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
738  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
739  */
740 void
741 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
742                                      int also_m_busy, const char *msg
743                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
744 {
745         u_int32_t flags;
746
747         for (;;) {
748                 flags = m->flags;
749                 cpu_ccfence();
750                 if (flags & PG_BUSY) {
751                         tsleep_interlock(m, 0);
752                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
753                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
754                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
755                         }
756                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
757                         tsleep_interlock(m, 0);
758                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
759                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
760                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
761                         }
762                 } else {
763                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
764                                               flags | PG_BUSY)) {
765 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
766                                 m->busy_func = func;
767                                 m->busy_line = lineno;
768 #endif
769                                 break;
770                         }
771                 }
772         }
773 }
774
775 /*
776  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
777  * is also 0.
778  *
779  * Returns non-zero on failure.
780  */
781 int
782 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
783                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
784 {
785         u_int32_t flags;
786
787         for (;;) {
788                 flags = m->flags;
789                 cpu_ccfence();
790                 if (flags & PG_BUSY)
791                         return TRUE;
792                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
793                         return TRUE;
794                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
795 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
796                                 m->busy_func = func;
797                                 m->busy_line = lineno;
798 #endif
799                         return FALSE;
800                 }
801         }
802 }
803
804 /*
805  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
806  * that a wakeup() should be performed.
807  *
808  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
809  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
810  *
811  * (inline version)
812  */
813 static __inline
814 int
815 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
816 {
817         u_int32_t flags;
818
819         for (;;) {
820                 flags = m->flags;
821                 cpu_ccfence();
822                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
823                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
824                         break;
825                 }
826         }
827         return(flags & PG_WANTED);
828 }
829
830 /*
831  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
832  * is typically the last call you make on a page before moving onto
833  * other things.
834  */
835 void
836 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
837 {
838         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
839         vm_page_spin_lock(m);
840         if (_vm_page_wakeup(m)) {
841                 vm_page_spin_unlock(m);
842                 wakeup(m);
843         } else {
844                 vm_page_spin_unlock(m);
845         }
846 }
847
848 /*
849  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
850  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
851  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
852  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
853  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
854  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
855  * page from being disassociated from its object too).
856  *
857  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
858  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
859  * before manipulating the page.
860  *
861  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
862  */
863 void
864 vm_page_hold(vm_page_t m)
865 {
866         vm_page_spin_lock(m);
867         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
868         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
869                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
870                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
871                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
872                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
873         }
874         vm_page_spin_unlock(m);
875 }
876
877 /*
878  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
879  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
880  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
881  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
882  */
883 void
884 vm_page_unhold(vm_page_t m)
885 {
886         vm_page_spin_lock(m);
887         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
888         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
889                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
890                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
891                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
892                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
893         }
894         vm_page_spin_unlock(m);
895 }
896
897 /*
898  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
899  *
900  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
901  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
902  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
903  * here so we *can't* do this anyway.
904  *
905  * This routine may not block.
906  * This routine must be called with the vm_object held.
907  * This routine must be called with a critical section held.
908  *
909  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
910  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
911  */
912 int
913 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
914 {
915         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
916         if (m->object != NULL)
917                 panic("vm_page_insert: already inserted");
918
919         object->generation++;
920
921         /*
922          * Record the object/offset pair in this page and add the
923          * pv_list_count of the page to the object.
924          *
925          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
926          */
927         vm_page_spin_lock(m);
928         m->object = object;
929         m->pindex = pindex;
930         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
931                 m->object = NULL;
932                 m->pindex = 0;
933                 vm_page_spin_unlock(m);
934                 return FALSE;
935         }
936         object->resident_page_count++;
937         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
938         vm_page_spin_unlock(m);
939
940         /*
941          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
942          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
943          */
944         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
945                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
946
947         /*
948          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
949          */
950         swap_pager_page_inserted(m);
951         return TRUE;
952 }
953
954 /*
955  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
956  *
957  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
958  * This routine may not block.
959  *
960  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
961  * No other requirements.
962  *
963  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
964  *       it busy.
965  */
966 void
967 vm_page_remove(vm_page_t m)
968 {
969         vm_object_t object;
970
971         if (m->object == NULL) {
972                 return;
973         }
974
975         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
976                 panic("vm_page_remove: page not busy");
977
978         object = m->object;
979
980         vm_object_hold(object);
981
982         /*
983          * Remove the page from the object and update the object.
984          *
985          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
986          */
987         vm_page_spin_lock(m);
988         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
989         object->resident_page_count--;
990         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
991         m->object = NULL;
992         vm_page_spin_unlock(m);
993
994         object->generation++;
995
996         vm_object_drop(object);
997 }
998
999 /*
1000  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1001  * page could not be found.
1002  *
1003  * The caller must hold the vm_object token.
1004  */
1005 vm_page_t
1006 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1007 {
1008         vm_page_t m;
1009
1010         /*
1011          * Search the hash table for this object/offset pair
1012          */
1013         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1014         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1015         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1016         return(m);
1017 }
1018
1019 vm_page_t
1020 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1021                                             vm_pindex_t pindex,
1022                                             int also_m_busy, const char *msg
1023                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1024 {
1025         u_int32_t flags;
1026         vm_page_t m;
1027
1028         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1029         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1030         while (m) {
1031                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1032                 flags = m->flags;
1033                 cpu_ccfence();
1034                 if (flags & PG_BUSY) {
1035                         tsleep_interlock(m, 0);
1036                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1037                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1038                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1039                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1040                                                               pindex);
1041                         }
1042                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1043                         tsleep_interlock(m, 0);
1044                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1045                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1046                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1047                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1048                                                               pindex);
1049                         }
1050                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1051                                              flags | PG_BUSY)) {
1052 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1053                         m->busy_func = func;
1054                         m->busy_line = lineno;
1055 #endif
1056                         break;
1057                 }
1058         }
1059         return m;
1060 }
1061
1062 /*
1063  * Attempt to lookup and busy a page.
1064  *
1065  * Returns NULL if the page could not be found
1066  *
1067  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1068  * be busied.
1069  *
1070  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1071  */
1072 vm_page_t
1073 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1074                                            vm_pindex_t pindex,
1075                                            int also_m_busy, int *errorp
1076                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1077 {
1078         u_int32_t flags;
1079         vm_page_t m;
1080
1081         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1082         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1083         *errorp = FALSE;
1084         while (m) {
1085                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1086                 flags = m->flags;
1087                 cpu_ccfence();
1088                 if (flags & PG_BUSY) {
1089                         *errorp = TRUE;
1090                         break;
1091                 }
1092                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1093                         *errorp = TRUE;
1094                         break;
1095                 }
1096                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1097 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1098                         m->busy_func = func;
1099                         m->busy_line = lineno;
1100 #endif
1101                         break;
1102                 }
1103         }
1104         return m;
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Caller must hold the related vm_object
1109  */
1110 vm_page_t
1111 vm_page_next(vm_page_t m)
1112 {
1113         vm_page_t next;
1114
1115         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1116         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1117                 next = NULL;
1118         return (next);
1119 }
1120
1121 /*
1122  * vm_page_rename()
1123  *
1124  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1125  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1126  * on return.
1127  *
1128  * new_object must be held.
1129  * This routine might block. XXX ?
1130  *
1131  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1132  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1133  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1134  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1135  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1136  *
1137  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1138  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1139  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1140  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1141  *       on the cache.
1142  */
1143 void
1144 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1145 {
1146         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1147         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(new_object));
1148         if (m->object) {
1149                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(m->object));
1150                 vm_page_remove(m);
1151         }
1152         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1153                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1154                       new_object, new_pindex);
1155         }
1156         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1157                 vm_page_deactivate(m);
1158         vm_page_dirty(m);
1159 }
1160
1161 /*
1162  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1163  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1164  * caller.
1165  *
1166  * This routine may not block.
1167  */
1168 void
1169 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1170 {
1171         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1172         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1173         vm_page_spin_unlock(m);
1174 }
1175
1176 /*
1177  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1178  * if necessary.
1179  *
1180  * This routine may not block.
1181  */
1182 void
1183 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1184 {
1185         u_short queue;
1186
1187         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1188         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1189         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1190                 vm_page_spin_unlock(m);
1191                 pagedaemon_wakeup();
1192         } else {
1193                 vm_page_spin_unlock(m);
1194         }
1195 }
1196
1197 /*
1198  * vm_page_list_find()
1199  *
1200  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1201  *
1202  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1203  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1204  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1205  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1206  *
1207  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1208  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1209  * This is done by 'twisting' the colors.
1210  *
1211  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1212  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1213  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1214  * deactivating the page and looping).
1215  *
1216  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1217  *        is available for outside callers but the only critical path is
1218  *        from within this source file.
1219  *
1220  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1221  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1222  *        first, then queue.
1223  */
1224 static __inline
1225 vm_page_t
1226 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1227 {
1228         vm_page_t m;
1229
1230         for (;;) {
1231                 if (prefer_zero)
1232                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1233                 else
1234                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1235                 if (m == NULL) {
1236                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1237                         return(m);
1238                 }
1239                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1240                 if (m->queue == basequeue + index) {
1241                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1242                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1243                         break;
1244                 }
1245                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1246         }
1247         return(m);
1248 }
1249
1250 static vm_page_t
1251 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1252 {
1253         int i;
1254         vm_page_t m = NULL;
1255         struct vpgqueues *pq;
1256
1257         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1258
1259         /*
1260          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1261          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1262          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1263          */
1264         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1265                 for (;;) {
1266                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1267                         if (m) {
1268                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1269                                 if (m->queue ==
1270                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1271                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1272                                         return(m);
1273                                 }
1274                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1275                                 continue;
1276                         }
1277                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1278                         if (m) {
1279                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1280                                 if (m->queue ==
1281                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1282                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1283                                         return(m);
1284                                 }
1285                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1286                                 continue;
1287                         }
1288                         break;  /* next i */
1289                 }
1290         }
1291         return(m);
1292 }
1293
1294 /*
1295  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1296  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1297  * deactivate it if it cannot be busied!)
1298  *
1299  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1300  */
1301 vm_page_t
1302 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1303 {
1304         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1305 }
1306
1307 /*
1308  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1309  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1310  *
1311  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1312  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1313  *
1314  * This routine may not block.
1315  *
1316  */
1317 static vm_page_t
1318 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1319 {
1320         vm_page_t m;
1321
1322         for (;;) {
1323                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1324                 if (m == NULL)
1325                         break;
1326                 /*
1327                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1328                  */
1329                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1330                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1331                         vm_page_spin_unlock(m);
1332 #ifdef INVARIANTS
1333                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1334 #endif
1335                 } else {
1336                         /*
1337                          * We successfully busied the page
1338                          */
1339                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0 &&
1340                             m->hold_count == 0 &&
1341                             m->wire_count == 0) {
1342                                 vm_page_spin_unlock(m);
1343                                 pagedaemon_wakeup();
1344                                 return(m);
1345                         }
1346                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1347                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1348                                 vm_page_spin_unlock(m);
1349                                 wakeup(m);
1350                         } else {
1351                                 vm_page_spin_unlock(m);
1352                         }
1353                 }
1354         }
1355         return (m);
1356 }
1357
1358 /*
1359  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1360  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1361  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1362  *
1363  * This routine may not block.
1364  */
1365 static __inline vm_page_t
1366 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1367 {
1368         vm_page_t m;
1369
1370         for (;;) {
1371                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1372                                        prefer_zero);
1373                 if (m == NULL)
1374                         break;
1375                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1376                         /*
1377                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1378                          * result in a busy page on the free queue.  We
1379                          * have to move the page out of the way so we can
1380                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1381                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1382                          * the pageout daemon will free the page later on.
1383                          *
1384                          * Since we could not busy the page, however, we
1385                          * cannot make assumptions as to whether the page
1386                          * will be allocated by the other thread or not,
1387                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1388                          * of the way.  In particular, if the other thread
1389                          * wires the page it may wind up on the inactive
1390                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1391                          * with that case too.
1392                          */
1393                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1394                         vm_page_spin_unlock(m);
1395 #ifdef INVARIANTS
1396                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1397 #endif
1398                 } else {
1399                         /*
1400                          * Theoretically if we are able to busy the page
1401                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1402                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1403                          * page before us.
1404                          */
1405                         KKASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0);
1406                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1407                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1408                         vm_page_spin_unlock(m);
1409                         pagedaemon_wakeup();
1410
1411                         /* return busied and removed page */
1412                         return(m);
1413                 }
1414         }
1415         return(m);
1416 }
1417
1418 /*
1419  * This implements a per-cpu cache of free, zero'd, ready-to-go pages.
1420  * The idea is to populate this cache prior to acquiring any locks so
1421  * we don't wind up potentially zeroing VM pages (under heavy loads) while
1422  * holding potentialy contending locks.
1423  *
1424  * Note that we allocate the page uninserted into anything and use a pindex
1425  * of 0, the vm_page_alloc() will effectively add gd_cpuid so these
1426  * allocations should wind up being uncontended.  However, we still want
1427  * to rove across PQ_L2_SIZE.
1428  */
1429 void
1430 vm_page_pcpu_cache(void)
1431 {
1432 #if 0
1433         globaldata_t gd = mycpu;
1434         vm_page_t m;
1435
1436         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MINVMPG) {
1437                 crit_enter_gd(gd);
1438                 while (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1439                         m = vm_page_alloc(NULL, ticks & ~ncpus2_mask,
1440                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_NORMAL |
1441                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_ZERO);
1442                         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1443                                 if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1444                                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1445                                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
1446                                 }
1447                                 gd->gd_vmpg_array[gd->gd_vmpg_count++] = m;
1448                         } else {
1449                                 vm_page_free(m);
1450                         }
1451                 }
1452                 crit_exit_gd(gd);
1453         }
1454 #endif
1455 }
1456
1457 /*
1458  * vm_page_alloc()
1459  *
1460  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1461  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1462  *
1463  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1464  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1465  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1466  *
1467  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1468  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1469  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1470  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1471  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1472  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1473  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1474  *                              (see vm_page_grab())
1475  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1476  *
1477  * The object must be held if not NULL
1478  * This routine may not block
1479  *
1480  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1481  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1482  * in this case.
1483  */
1484 vm_page_t
1485 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1486 {
1487 #ifdef SMP
1488         globaldata_t gd = mycpu;
1489 #endif
1490         vm_object_t obj;
1491         vm_page_t m;
1492         u_short pg_color;
1493
1494 #if 0
1495         /*
1496          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1497          * and pre-zerod for us.
1498          */
1499         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1500                 crit_enter_gd(gd);
1501                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1502                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1503                         crit_exit_gd(gd);
1504                         goto done;
1505                 }
1506                 crit_exit_gd(gd);
1507         }
1508 #endif
1509         m = NULL;
1510
1511 #ifdef SMP
1512         /*
1513          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1514          */
1515         if (object) {
1516                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1517                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1518         } else {
1519                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1520         }
1521 #else
1522         /*
1523          * Normal page coloring algorithm
1524          */
1525         if (object) {
1526                 pg_color = object->pg_color + pindex;
1527         } else {
1528                 pg_color = pindex;
1529         }
1530 #endif
1531         KKASSERT(page_req & 
1532                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1533                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1534
1535         /*
1536          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1537          * allowed to eat deeper into the free page list.
1538          */
1539         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1540                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1541
1542 loop:
1543         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1544             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1545             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1546                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1547         ) {
1548                 /*
1549                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1550                  */
1551                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1552                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1553                 else
1554                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1555         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1556                 /*
1557                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1558                  * success, we must free the page and try again, thus
1559                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1560                  */
1561 #ifdef INVARIANTS
1562                 if (curthread->td_preempted) {
1563                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1564                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1565                         m = NULL;
1566                 } else {
1567                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1568                 }
1569 #else
1570                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1571 #endif
1572                 /*
1573                  * On success move the page into the free queue and loop.
1574                  *
1575                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1576                  * because this is effectively a random page and the caller
1577                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1578                  * deadlock.
1579                  */
1580                 if (m != NULL) {
1581                         KASSERT(m->dirty == 0,
1582                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1583                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1584                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1585                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1586                                         vm_page_free(m);
1587                                         /* m->object NULL here */
1588                                         vm_object_drop(obj);
1589                                 } else {
1590                                         vm_page_deactivate(m);
1591                                         vm_page_wakeup(m);
1592                                 }
1593                         } else {
1594                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1595                                 vm_page_free(m);
1596                         }
1597                         goto loop;
1598                 }
1599
1600                 /*
1601                  * On failure return NULL
1602                  */
1603 #if defined(DIAGNOSTIC)
1604                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1605                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1606 #endif
1607                 vm_pageout_deficit++;
1608                 pagedaemon_wakeup();
1609                 return (NULL);
1610         } else {
1611                 /*
1612                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1613                  */
1614                 vm_pageout_deficit++;
1615                 pagedaemon_wakeup();
1616                 return (NULL);
1617         }
1618
1619         /*
1620          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1621          * page.
1622          */
1623         if (m == NULL)
1624                 goto loop;
1625
1626         /*
1627          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1628          * removed from its queues.
1629          */
1630         KASSERT(m->dirty == 0,
1631                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1632         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1633
1634 #if 0
1635 done:
1636 #endif
1637         /*
1638          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1639          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1640          */
1641         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1642         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1643         KKASSERT(m->busy == 0);
1644         m->act_count = 0;
1645         m->valid = 0;
1646
1647         /*
1648          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1649          * vm_page_insert()).
1650          *
1651          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1652          *       (which could cause us to block allocating memory).
1653          *
1654          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1655          *       can be used by the caller for any purpose.
1656          */
1657         if (object) {
1658                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1659                         kprintf("PAGE RACE (%p:%d,%"PRIu64")\n",
1660                                 object, object->type, pindex);
1661                         vm_page_free(m);
1662                         m = NULL;
1663                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1664                                 panic("PAGE RACE");
1665                 }
1666         } else {
1667                 m->pindex = pindex;
1668         }
1669
1670         /*
1671          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1672          * we would be nearly out of memory.
1673          */
1674         pagedaemon_wakeup();
1675
1676         /*
1677          * A PG_BUSY page is returned.
1678          */
1679         return (m);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1684  * requirements.
1685  */
1686 vm_page_t
1687 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1688                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1689                      unsigned long size)
1690 {
1691         alist_blk_t blk;
1692
1693         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1694         if (alignment == 0)
1695                 alignment = 1;
1696         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1697         if (boundary == 0)
1698                 boundary = 1;
1699         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1700
1701         spin_lock(&vm_contig_spin);
1702         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1703         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1704                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1705                 if (bootverbose) {
1706                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1707                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1708                 }
1709                 return(NULL);
1710         }
1711         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1712                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1713                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1714                 if (bootverbose) {
1715                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1716                                 "%016jx failed\n",
1717                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1718                                 (intmax_t)high);
1719                 }
1720                 return(NULL);
1721         }
1722         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1723         if (bootverbose) {
1724                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1725                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1726                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1727         }
1728         return (PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT));
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1733  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1734  */
1735 void
1736 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1737 {
1738         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1739         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1740         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1741
1742         if (bootverbose) {
1743                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1744                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1745         }
1746         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1747                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1748                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1749                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1750                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1751         } else {
1752                 while (pages) {
1753                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1754                         vm_page_unwire(m, 0);
1755                         vm_page_free(m);
1756                         --pages;
1757                         ++m;
1758                 }
1759
1760         }
1761 }
1762
1763
1764 /*
1765  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1766  * operations.
1767  *
1768  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
1769  *           will trivially deadlock the system.
1770  */
1771 void
1772 vm_wait_nominal(void)
1773 {
1774         while (vm_page_count_min(0))
1775                 vm_wait(0);
1776 }
1777
1778 /*
1779  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1780  */
1781 int
1782 vm_test_nominal(void)
1783 {
1784         if (vm_page_count_min(0))
1785                 return(1);
1786         return(0);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1791  * places before memory allocations.
1792  *
1793  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1794  * more generous then that.
1795  */
1796 void
1797 vm_wait(int timo)
1798 {
1799         /*
1800          * never wait forever
1801          */
1802         if (timo == 0)
1803                 timo = hz;
1804         lwkt_gettoken(&vm_token);
1805
1806         if (curthread == pagethread) {
1807                 /*
1808                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1809                  */
1810                 if (vm_page_count_min(0)) {
1811                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1812                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1813                 }
1814         } else {
1815                 /*
1816                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1817                  */
1818                 if (vm_page_count_target()) {
1819                         if (vm_pages_needed == 0) {
1820                                 vm_pages_needed = 1;
1821                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1822                         }
1823                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1824                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1825                 }
1826         }
1827         lwkt_reltoken(&vm_token);
1828 }
1829
1830 /*
1831  * Block until free pages are available for allocation
1832  *
1833  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1834  * easily tracked.
1835  */
1836 void
1837 vm_waitpfault(void)
1838 {
1839         /*
1840          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1841          */
1842         if (vm_page_count_target()) {
1843                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1844                 if (vm_page_count_target()) {
1845                         if (vm_pages_needed == 0) {
1846                                 vm_pages_needed = 1;
1847                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1848                         }
1849                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1850                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1851                 }
1852                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1853         }
1854 }
1855
1856 /*
1857  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1858  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1859  *
1860  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1861  * This routine may not block.
1862  */
1863 void
1864 vm_page_activate(vm_page_t m)
1865 {
1866         u_short oqueue;
1867
1868         vm_page_spin_lock(m);
1869         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
1870                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1871                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1872                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1873
1874                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1875                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1876                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1877                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1878                                 m->act_count = ACT_INIT;
1879                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
1880                 }
1881                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1882                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1883                         pagedaemon_wakeup();
1884         } else {
1885                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1886                         m->act_count = ACT_INIT;
1887                 vm_page_spin_unlock(m);
1888         }
1889 }
1890
1891 /*
1892  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1893  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1894  * queues.
1895  *
1896  * This routine may not block.
1897  */
1898 static __inline void
1899 vm_page_free_wakeup(void)
1900 {
1901         /*
1902          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1903          * there are some free.
1904          */
1905         if (vm_pageout_pages_needed &&
1906             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1907             vmstats.v_pageout_free_min
1908         ) {
1909                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1910                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1911         }
1912
1913         /*
1914          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1915          *
1916          * NOTE: vm_paging_target() is the pageout daemon's target, while
1917          *       vm_page_count_target() is somewhere inbetween.  We want
1918          *       to wake processes up prior to the pageout daemon reaching
1919          *       its target to provide some hysteresis.
1920          */
1921         if (vm_pages_waiting) {
1922                 if (!vm_page_count_target()) {
1923                         /*
1924                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1925                          */
1926                         vm_pages_waiting = 0;
1927                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1928                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1929                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1930                         /*
1931                          * Some pages are free, wakeup someone.
1932                          */
1933                         int wcount = vm_pages_waiting;
1934                         if (wcount > 0)
1935                                 --wcount;
1936                         vm_pages_waiting = wcount;
1937                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1938                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1939                 }
1940         }
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
1945  * it from its VM object.
1946  *
1947  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1948  * return (the page will have been freed).
1949  */
1950 void
1951 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1952 {
1953         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1954         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1955         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1956
1957         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1958                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
1959                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1960                         (u_long)m->pindex, m->busy,
1961                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
1962                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1963                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1964                 else
1965                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1966         }
1967
1968         /*
1969          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
1970          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
1971          * after this section (because the page was removed from any
1972          * queue).
1973          */
1974         vm_page_remove(m);
1975         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1976         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1977
1978         /*
1979          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1980          * and queue removal.
1981          */
1982         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1983                 vm_page_spin_unlock(m);
1984                 vm_page_wakeup(m);
1985                 return;
1986         }
1987
1988         m->valid = 0;
1989         vm_page_undirty(m);
1990
1991         if (m->wire_count != 0) {
1992                 if (m->wire_count > 1) {
1993                     panic(
1994                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1995                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1996                 }
1997                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1998         }
1999
2000         /*
2001          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2002          */
2003         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2004                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2005         }
2006
2007         if (m->hold_count != 0) {
2008                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2009                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2010         } else {
2011                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
2012         }
2013
2014         /*
2015          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2016          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2017          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2018          * deadlock.
2019          */
2020         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2021         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2022                 vm_page_spin_unlock(m);
2023                 wakeup(m);
2024         } else {
2025                 vm_page_spin_unlock(m);
2026         }
2027         vm_page_free_wakeup();
2028 }
2029
2030 /*
2031  * vm_page_free_fromq_fast()
2032  *
2033  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
2034  * zeroing, so do not issue a wakeup.
2035  */
2036 vm_page_t
2037 vm_page_free_fromq_fast(void)
2038 {
2039         static int qi;
2040         vm_page_t m;
2041         int i;
2042
2043         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
2044                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
2045                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
2046                 if (m) {
2047                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2048                                 /*
2049                                  * We were unable to busy the page, deactivate
2050                                  * it and loop.
2051                                  */
2052                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2053                                 vm_page_spin_unlock(m);
2054                         } else if (m->flags & PG_ZERO) {
2055                                 /*
2056                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
2057                                  */
2058                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2059                                                               PQ_FREE + m->pc,
2060                                                               0);
2061                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
2062                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2063                                         vm_page_spin_unlock(m);
2064                                         wakeup(m);
2065                                 } else {
2066                                         vm_page_spin_unlock(m);
2067                                 }
2068                         } else {
2069                                 /*
2070                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
2071                                  */
2072                                 vm_page_spin_unlock(m);
2073                                 KKASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0);
2074                                 KKASSERT(m->hold_count == 0);
2075                                 KKASSERT(m->wire_count == 0);
2076                                 break;
2077                         }
2078                         m = NULL;
2079                 }
2080                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
2081         }
2082         return (m);
2083 }
2084
2085 /*
2086  * vm_page_unmanage()
2087  *
2088  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2089  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2090  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2091  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2092  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2093  * operate on the page.
2094  *
2095  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2096  * will clear the flag.
2097  *
2098  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2099  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2100  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2101  * mappings.
2102  *
2103  * Caller must be holding the page busy.
2104  */
2105 void
2106 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2107 {
2108         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2109         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2110                 if (m->wire_count == 0)
2111                         vm_page_unqueue(m);
2112         }
2113         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2114 }
2115
2116 /*
2117  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2118  * paging queues as necessary.
2119  *
2120  * Caller must be holding the page busy.
2121  */
2122 void
2123 vm_page_wire(vm_page_t m)
2124 {
2125         /*
2126          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2127          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2128          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2129          * pages because they are always wired.
2130          */
2131         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2132         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2133                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2134                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2135                                 vm_page_unqueue(m);
2136                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2137                 }
2138                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2139                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2140         }
2141 }
2142
2143 /*
2144  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2145  *
2146  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2147  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2148  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2149  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2150  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2151  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2152  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2153  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2154  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2155  * reused more quickly.
2156  *
2157  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2158  * put clean pages on the cache queue.
2159  *
2160  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2161  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2162  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2163  * dirty pages in the cache are not allowed.
2164  *
2165  * The page queues must be locked.
2166  * This routine may not block.
2167  */
2168 void
2169 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2170 {
2171         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2172         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2173                 /* do nothing */
2174         } else if (m->wire_count <= 0) {
2175                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2176         } else {
2177                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2178                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2179                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2180                                 ;
2181                         } else if (activate) {
2182                                 vm_page_spin_lock(m);
2183                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2184                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2185                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2186                         } else {
2187                                 vm_page_spin_lock(m);
2188                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2189                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2190                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2191                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2192                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2193                         }
2194                 }
2195         }
2196 }
2197
2198 /*
2199  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2200  * any associated swap, the swap is deallocated.
2201  *
2202  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2203  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2204  * except without unmapping it from the process address space.
2205  *
2206  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2207  * This routine may not block.
2208  */
2209 static void
2210 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2211 {
2212         u_short oqueue;
2213
2214         /*
2215          * Ignore if already inactive.
2216          */
2217         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2218                 return;
2219         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2220         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2221
2222         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2223                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2224                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2225                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2226                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2227                 if (athead == 0)
2228                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2229         }
2230         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2231         /* leaves vm_page spinlocked */
2232 }
2233
2234 /*
2235  * Attempt to deactivate a page.
2236  *
2237  * No requirements.
2238  */
2239 void
2240 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2241 {
2242         vm_page_spin_lock(m);
2243         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2244         vm_page_spin_unlock(m);
2245 }
2246
2247 void
2248 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2249 {
2250         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2251 }
2252
2253 /*
2254  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2255  *
2256  * Returns 0 on failure, 1 on success
2257  *
2258  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2259  * whether the page can be safely moved to the cache.
2260  */
2261 int
2262 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2263 {
2264         vm_page_spin_lock(m);
2265         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2266                 vm_page_spin_unlock(m);
2267                 return(0);
2268         }
2269         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2270             (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
2271                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2272                         vm_page_spin_unlock(m);
2273                         wakeup(m);
2274                 } else {
2275                         vm_page_spin_unlock(m);
2276                 }
2277                 return(0);
2278         }
2279         vm_page_spin_unlock(m);
2280
2281         /*
2282          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2283          * be moved to the cache.
2284          */
2285         vm_page_test_dirty(m);
2286         if (m->dirty) {
2287                 vm_page_wakeup(m);
2288                 return(0);
2289         }
2290         vm_page_cache(m);
2291         return(1);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2296  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2297  *
2298  * No requirements.
2299  */
2300 int
2301 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2302 {
2303         vm_page_spin_lock(m);
2304         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2305                 vm_page_spin_unlock(m);
2306                 return(0);
2307         }
2308
2309         /*
2310          * The page can be in any state, including already being on the free
2311          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2312          */
2313         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2314             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2315             m->wire_count ||                    /* or wired */
2316             (m->flags & PG_UNMANAGED) ||        /* or unmanaged */
2317             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2318             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2319                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2320                         vm_page_spin_unlock(m);
2321                         wakeup(m);
2322                 } else {
2323                         vm_page_spin_unlock(m);
2324                 }
2325                 return(0);
2326         }
2327         vm_page_spin_unlock(m);
2328
2329         /*
2330          * We can probably free the page.
2331          *
2332          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2333          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2334          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2335          */
2336         vm_page_test_dirty(m);
2337         if (m->dirty) {
2338                 vm_page_wakeup(m);
2339                 return(0);
2340         }
2341         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2342         if (m->dirty) {
2343                 vm_page_wakeup(m);
2344                 return(0);
2345         }
2346         vm_page_free(m);
2347         return(1);
2348 }
2349
2350 /*
2351  * vm_page_cache
2352  *
2353  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2354  *
2355  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2356  * possibly even free the page.
2357  */
2358 void
2359 vm_page_cache(vm_page_t m)
2360 {
2361         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || m->busy ||
2362             m->wire_count || m->hold_count) {
2363                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2364                 vm_page_wakeup(m);
2365                 return;
2366         }
2367
2368         /*
2369          * Already in the cache (and thus not mapped)
2370          */
2371         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2372                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2373                 vm_page_wakeup(m);
2374                 return;
2375         }
2376
2377         /*
2378          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2379          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2380          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2381          */
2382         if (m->dirty) {
2383                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2384                         (long)m->pindex);
2385         }
2386
2387         /*
2388          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2389          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2390          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2391          * everything.
2392          */
2393         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2394         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
2395                         m->wire_count || m->hold_count) {
2396                 vm_page_wakeup(m);
2397         } else if (m->dirty) {
2398                 vm_page_deactivate(m);
2399                 vm_page_wakeup(m);
2400         } else {
2401                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2402                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2403                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2404                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2405                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2406                         vm_page_spin_unlock(m);
2407                         wakeup(m);
2408                 } else {
2409                         vm_page_spin_unlock(m);
2410                 }
2411                 vm_page_free_wakeup();
2412         }
2413 }
2414
2415 /*
2416  * vm_page_dontneed()
2417  *
2418  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2419  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2420  *
2421  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2422  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2423  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2424  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2425  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2426  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2427  *
2428  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2429  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2430  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2431  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2432  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2433  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2434  * often.
2435  *
2436  * The page must be busied.
2437  */
2438 void
2439 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2440 {
2441         static int dnweight;
2442         int dnw;
2443         int head;
2444
2445         dnw = ++dnweight;
2446
2447         /*
2448          * occassionally leave the page alone
2449          */
2450         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2451             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2452             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2453         ) {
2454                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2455                         --m->act_count;
2456                 return;
2457         }
2458
2459         /*
2460          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2461          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2462          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2463          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2464          */
2465         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2466         pmap_clear_reference(m);
2467
2468         if (m->dirty == 0)
2469                 vm_page_test_dirty(m);
2470
2471         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2472                 /*
2473                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2474                  */
2475                 head = 0;
2476         } else {
2477                 /*
2478                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2479                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2480                  * at the head of the queue instead of the tail.
2481                  */
2482                 head = 1;
2483         }
2484         vm_page_spin_lock(m);
2485         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2486         vm_page_spin_unlock(m);
2487 }
2488
2489 /*
2490  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2491  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2492  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2493  * write can still be mapped read-only.
2494  *
2495  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2496  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2497  * busy bit is cleared.
2498  */
2499 void
2500 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2501 {
2502         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2503         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2504         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2505 }
2506
2507 void
2508 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2509 {
2510         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2511         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2512         if (m->busy == 0)
2513                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2514 }
2515
2516 /*
2517  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2518  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2519  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2520  * the page).
2521  *
2522  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2523  * page will be zero'd and marked valid.
2524  *
2525  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2526  * valid even if it already exists.
2527  *
2528  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2529  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2530  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2531  *
2532  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2533  * always returned if we had blocked.  
2534  *
2535  * This routine may not be called from an interrupt.
2536  *
2537  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2538  *
2539  * No other requirements.
2540  */
2541 vm_page_t
2542 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2543 {
2544         vm_page_t m;
2545         int error;
2546
2547         KKASSERT(allocflags &
2548                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2549         vm_object_hold(object);
2550         for (;;) {
2551                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2552                 if (error) {
2553                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2554                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2555                                 m = NULL;
2556                                 break;
2557                         }
2558                         /* retry */
2559                 } else if (m == NULL) {
2560                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2561                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2562                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2563                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2564                         if (m)
2565                                 break;
2566                         vm_wait(0);
2567                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2568                                 goto failed;
2569                 } else {
2570                         /* m found */
2571                         break;
2572                 }
2573         }
2574
2575         /*
2576          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2577          *
2578          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2579          * valid even if already valid.
2580          */
2581         if (m->valid == 0) {
2582                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2583                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2584                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2585                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2586                 }
2587         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2588                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2589                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2590         }
2591         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2592 failed:
2593         vm_object_drop(object);
2594         return(m);
2595 }
2596
2597 /*
2598  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2599  * a page.  May not block.
2600  *
2601  * Inputs are required to range within a page.
2602  *
2603  * No requirements.
2604  * Non blocking.
2605  */
2606 int
2607 vm_page_bits(int base, int size)
2608 {
2609         int first_bit;
2610         int last_bit;
2611
2612         KASSERT(
2613             base + size <= PAGE_SIZE,
2614             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2615         );
2616
2617         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2618                 return(0);
2619
2620         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2621         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2622
2623         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2624 }
2625
2626 /*
2627  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2628  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2629  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2630  * such chunks will be zero'd.
2631  *
2632  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2633  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2634  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2635  *       lost.
2636  *
2637  * This routine may not block.
2638  *
2639  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2640  */
2641 static void
2642 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2643 {
2644         int frag;
2645         int endoff;
2646
2647         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2648                 return;
2649
2650         /*
2651          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2652          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2653          * first block.
2654          */
2655
2656         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2657             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2658         ) {
2659                 pmap_zero_page_area(
2660                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2661                     frag,
2662                     base - frag
2663                 );
2664         }
2665
2666         /*
2667          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2668          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2669          * the last block.
2670          */
2671
2672         endoff = base + size;
2673
2674         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2675             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2676         ) {
2677                 pmap_zero_page_area(
2678                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2679                     endoff,
2680                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2681                 );
2682         }
2683 }
2684
2685 /*
2686  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2687  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2688  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2689  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2690  * be set again.
2691  *
2692  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2693  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2694  * the range.
2695  *
2696  * Page must be busied?
2697  * No other requirements.
2698  */
2699 void
2700 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2701 {
2702         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2703         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2704 }
2705
2706
2707 /*
2708  * Set valid bits and clear dirty bits.
2709  *
2710  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2711  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2712  *       and size.
2713  *
2714  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2715  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2716  *          So for now vm_token must also be held.
2717  *
2718  * No other requirements.
2719  */
2720 void
2721 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2722 {
2723         int pagebits;
2724
2725         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2726         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2727         m->valid |= pagebits;
2728         m->dirty &= ~pagebits;
2729         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2730                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2731                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2732         }
2733 }
2734
2735 /*
2736  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2737  *
2738  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2739  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2740  *          be held.
2741  *
2742  * No other requirements.
2743  */
2744 void
2745 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2746 {
2747         int pagebits;
2748
2749         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2750         m->valid |= pagebits;
2751         m->dirty |= pagebits;
2752         if (m->object)
2753                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2754 }
2755
2756 /*
2757  * Clear dirty bits.
2758  *
2759  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2760  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2761  *       and size.
2762  *
2763  * Page must be busied?
2764  * No other requirements.
2765  */
2766 void
2767 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2768 {
2769         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2770         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2771                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2772                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2773         }
2774 }
2775
2776 /*
2777  * Make the page all-dirty.
2778  *
2779  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2780  * object may now contain a dirty page.
2781  *
2782  * Page must be busied?
2783  * No other requirements.
2784  */
2785 void
2786 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2787 {
2788 #ifdef INVARIANTS
2789         int pqtype = m->queue - m->pc;
2790 #endif
2791         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2792                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2793         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2794                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2795                 if (m->object)
2796                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2797         }
2798 }
2799
2800 /*
2801  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2802  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2803  *
2804  * Page must be busied?
2805  * Does not block.
2806  * No other requirements.
2807  */
2808 void
2809 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2810 {
2811         int bits;
2812
2813         bits = vm_page_bits(base, size);
2814         m->valid &= ~bits;
2815         m->dirty &= ~bits;
2816         m->object->generation++;
2817 }
2818
2819 /*
2820  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2821  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2822  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2823  * page so user code sees what it expects.
2824  *
2825  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2826  * into memory and the file's size is not page aligned.
2827  *
2828  * Page must be busied?
2829  * No other requirements.
2830  */
2831 void
2832 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2833 {
2834         int b;
2835         int i;
2836
2837         /*
2838          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2839          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2840          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2841          * vm_page_set_validclean().
2842          */
2843         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2844                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2845                     (m->valid & (1 << i))
2846                 ) {
2847                         if (i > b) {
2848                                 pmap_zero_page_area(
2849                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2850                                     b << DEV_BSHIFT,
2851                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2852                                 );
2853                         }
2854                         b = i + 1;
2855                 }
2856         }
2857
2858         /*
2859          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2860          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2861          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2862          */
2863         if (setvalid)
2864                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2865 }
2866
2867 /*
2868  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2869  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2870  * invalid, and TRUE otherwise.
2871  *
2872  * Does not block.
2873  * No other requirements.
2874  */
2875 int
2876 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2877 {
2878         int bits = vm_page_bits(base, size);
2879
2880         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2881                 return 1;
2882         else
2883                 return 0;
2884 }
2885
2886 /*
2887  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2888  *
2889  * Caller must hold the page busy
2890  */
2891 void
2892 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2893 {
2894         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2895                 vm_page_dirty(m);
2896         }
2897 }
2898
2899 /*
2900  * Register an action, associating it with its vm_page
2901  */
2902 void
2903 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2904 {
2905         struct vm_page_action_list *list;
2906         int hv;
2907
2908         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2909         list = &action_list[hv];
2910
2911         lwkt_gettoken(&vm_token);
2912         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2913         action->event = event;
2914         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2915         lwkt_reltoken(&vm_token);
2916 }
2917
2918 /*
2919  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
2920  */
2921 void
2922 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
2923 {
2924         struct vm_page_action_list *list;
2925         int hv;
2926
2927         lwkt_gettoken(&vm_token);
2928         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
2929                 action->event = VMEVENT_NONE;
2930                 LIST_REMOVE(action, entry);
2931
2932                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2933                 list = &action_list[hv];
2934                 if (LIST_EMPTY(list))
2935                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
2936         }
2937         lwkt_reltoken(&vm_token);
2938 }
2939
2940 /*
2941  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
2942  * removed from the page's list and called.
2943  *
2944  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
2945  * PG_ACTIONLIST flag.
2946  */
2947 void
2948 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
2949 {
2950         struct vm_page_action_list *list;
2951         struct vm_page_action *scan;
2952         struct vm_page_action *next;
2953         int hv;
2954         int all;
2955
2956         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2957         list = &action_list[hv];
2958         all = 1;
2959
2960         lwkt_gettoken(&vm_token);
2961         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
2962                 if (scan->m == m) {
2963                         if (scan->event == event) {
2964                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
2965                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
2966                                 scan->func(m, scan);
2967                                 /* XXX */
2968                         } else {
2969                                 all = 0;
2970                         }
2971                 }
2972         }
2973         if (all)
2974                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
2975         lwkt_reltoken(&vm_token);
2976 }
2977
2978 #include "opt_ddb.h"
2979 #ifdef DDB
2980 #include <sys/kernel.h>
2981
2982 #include <ddb/ddb.h>
2983
2984 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2985 {
2986         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
2987         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
2988         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
2989         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
2990         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
2991         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
2992         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
2993         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
2994         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
2995         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
2996 }
2997
2998 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2999 {
3000         int i;
3001         db_printf("PQ_FREE:");
3002         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3003                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3004         }
3005         db_printf("\n");
3006                 
3007         db_printf("PQ_CACHE:");
3008         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3009                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3010         }
3011         db_printf("\n");
3012
3013         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3014         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3015                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3016         }
3017         db_printf("\n");
3018
3019         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3020         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3021                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3022         }
3023         db_printf("\n");
3024 }
3025 #endif /* DDB */