kernel - MPSAFE work - lockup vm_page.c, vm_fault.c
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
19  *    must display the following acknowledgement:
20  *      This product includes software developed by the University of
21  *      California, Berkeley and its contributors.
22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
24  *    without specific prior written permission.
25  *
26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
39  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
40  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.40 2008/08/25 17:01:42 dillon Exp $
41  */
42
43 /*
44  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
45  * All rights reserved.
46  *
47  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
48  *
49  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
50  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
51  * notice and this permission notice appear in all copies of the
52  * software, derivative works or modified versions, and any portions
53  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
54  *
55  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
56  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
57  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
58  *
59  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
60  *
61  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
62  *  School of Computer Science
63  *  Carnegie Mellon University
64  *  Pittsburgh PA 15213-3890
65  *
66  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
67  * rights to redistribute these changes.
68  */
69 /*
70  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
71  * A VM page is the core building block for memory management.
72  */
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/malloc.h>
77 #include <sys/proc.h>
78 #include <sys/vmmeter.h>
79 #include <sys/vnode.h>
80
81 #include <vm/vm.h>
82 #include <vm/vm_param.h>
83 #include <sys/lock.h>
84 #include <vm/vm_kern.h>
85 #include <vm/pmap.h>
86 #include <vm/vm_map.h>
87 #include <vm/vm_object.h>
88 #include <vm/vm_page.h>
89 #include <vm/vm_pageout.h>
90 #include <vm/vm_pager.h>
91 #include <vm/vm_extern.h>
92 #include <vm/swap_pager.h>
93
94 #include <machine/md_var.h>
95
96 #include <vm/vm_page2.h>
97 #include <sys/mplock2.h>
98
99 static void vm_page_queue_init(void);
100 static void vm_page_free_wakeup(void);
101 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
102 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
103
104 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
105
106 #define ASSERT_IN_CRIT_SECTION()        KKASSERT(crit_test(curthread));
107
108 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
109              vm_pindex_t, pindex);
110
111 static void
112 vm_page_queue_init(void) 
113 {
114         int i;
115
116         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
117                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
118         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
119                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
120
121         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
122         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
123         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
124         /* PQ_NONE has no queue */
125
126         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
127                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
128 }
129
130 /*
131  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
132  */
133 long first_page = 0;
134 int vm_page_array_size = 0;
135 int vm_page_zero_count = 0;
136 vm_page_t vm_page_array = 0;
137
138 /*
139  * (low level boot)
140  *
141  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
142  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
143  */
144 void
145 vm_set_page_size(void)
146 {
147         if (vmstats.v_page_size == 0)
148                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
149         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
150                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
151 }
152
153 /*
154  * (low level boot)
155  *
156  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
157  * are added to both the head and tail of the associated free page
158  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
159  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
160  *
161  * Must be called in a critical section.
162  */
163 vm_page_t
164 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
165 {
166         struct vpgqueues *vpq;
167         vm_page_t m;
168
169         ++vmstats.v_page_count;
170         ++vmstats.v_free_count;
171         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
172         m->phys_addr = pa;
173         m->flags = 0;
174         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
175         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
176         KKASSERT(m->dirty == 0);
177
178         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
179         if (vpq->flipflop)
180                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
181         else
182                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
183         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
184
185         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
186         return (m);
187 }
188
189 /*
190  * (low level boot)
191  *
192  * Initializes the resident memory module.
193  *
194  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
195  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
196  * free list.
197  *
198  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
199  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
200  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
201  * already in use by the kernel.
202  */
203 vm_offset_t
204 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
205 {
206         vm_offset_t mapped;
207         vm_size_t npages;
208         vm_paddr_t page_range;
209         vm_paddr_t new_end;
210         int i;
211         vm_paddr_t pa;
212         int nblocks;
213         vm_paddr_t last_pa;
214         vm_paddr_t end;
215         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
216         vm_paddr_t total;
217
218         total = 0;
219         biggestsize = 0;
220         biggestone = 0;
221         nblocks = 0;
222         vaddr = round_page(vaddr);
223
224         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
225                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
226                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
227         }
228
229         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
230                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
231
232                 if (size > biggestsize) {
233                         biggestone = i;
234                         biggestsize = size;
235                 }
236                 ++nblocks;
237                 total += size;
238         }
239
240         end = phys_avail[biggestone+1];
241         end = trunc_page(end);
242
243         /*
244          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
245          * and the inactive queue.
246          */
247
248         vm_page_queue_init();
249
250         /* VKERNELs don't support minidumps and as such don't need vm_page_dump */
251 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
252         /*
253          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
254          * needs to be included in a minidump.
255          *
256          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
257          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
258          *
259          * However, i386 still needs this workspace internally within the
260          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
261          * included should the sf_buf code decide to use them.
262          */
263         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
264         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
265         end -= vm_page_dump_size;
266         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
267             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
268         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
269 #endif
270
271         /*
272          * Compute the number of pages of memory that will be available for
273          * use (taking into account the overhead of a page structure per
274          * page).
275          */
276         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
277         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
278         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
279
280         /*
281          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
282          * queue.
283          */
284         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
285         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
286             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
287         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
288
289 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
290         /*
291          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
292          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
293          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
294          */
295         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
296                 dump_add_page(pa);
297 #endif
298
299         /*
300          * Clear all of the page structures
301          */
302         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
303         vm_page_array_size = page_range;
304
305         /*
306          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
307          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
308          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
309          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
310          */
311         vmstats.v_page_count = 0;
312         vmstats.v_free_count = 0;
313         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
314                 pa = phys_avail[i];
315                 if (i == biggestone)
316                         last_pa = new_end;
317                 else
318                         last_pa = phys_avail[i + 1];
319                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
320                         vm_add_new_page(pa);
321                         pa += PAGE_SIZE;
322                 }
323         }
324         return (vaddr);
325 }
326
327 /*
328  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
329  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
330  */
331 int
332 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
333 {
334         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
335
336         if (p->pindex < info->start_pindex)
337                 return(-1);
338         if (p->pindex > info->end_pindex)
339                 return(1);
340         return(0);
341 }
342
343 int
344 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
345 {
346         if (p1->pindex < p2->pindex)
347                 return(-1);
348         if (p1->pindex > p2->pindex)
349                 return(1);
350         return(0);
351 }
352
353 /*
354  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
355  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
356  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
357  *
358  * This routine must be called at splvm().
359  */
360 void
361 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
362 {
363         --mem->hold_count;
364         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
365         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD) {
366                 vm_page_busy(mem);
367                 vm_page_free_toq(mem);
368         }
369 }
370
371 /*
372  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
373  *
374  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
375  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
376  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
377  * here so we *can't* do this anyway.
378  *
379  * This routine may not block.
380  * This routine must be called with a critical section held.
381  */
382 void
383 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
384 {
385         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
386         if (m->object != NULL)
387                 panic("vm_page_insert: already inserted");
388
389         /*
390          * Record the object/offset pair in this page
391          */
392         m->object = object;
393         m->pindex = pindex;
394
395         /*
396          * Insert it into the object.
397          */
398         ASSERT_MP_LOCK_HELD(curthread);
399         vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m);
400         object->generation++;
401
402         /*
403          * show that the object has one more resident page.
404          */
405         object->resident_page_count++;
406
407         /*
408          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
409          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
410          */
411         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
412                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
413
414         /*
415          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
416          */
417         swap_pager_page_inserted(m);
418 }
419
420 /*
421  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
422  * and from the object's memq.
423  *
424  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
425  * This routine may not block.
426  *
427  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
428  * No other requirements.
429  *
430  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
431  *       it busy.
432  */
433 void
434 vm_page_remove(vm_page_t m)
435 {
436         vm_object_t object;
437
438         crit_enter();
439         lwkt_gettoken(&vm_token);
440         if (m->object == NULL) {
441                 lwkt_reltoken(&vm_token);
442                 crit_exit();
443                 return;
444         }
445
446         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
447                 panic("vm_page_remove: page not busy");
448
449         object = m->object;
450
451         /*
452          * Remove the page from the object and update the object.
453          */
454         ASSERT_MP_LOCK_HELD(curthread);
455         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
456         object->resident_page_count--;
457         object->generation++;
458         m->object = NULL;
459
460         lwkt_reltoken(&vm_token);
461         crit_exit();
462 }
463
464 /*
465  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
466  * page could not be found.
467  *
468  * This routine will operate properly without spl protection, but
469  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
470  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
471  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
472  * the caller should generally call this routine with a critical
473  * section held.
474  *
475  * Callers may call this routine without spl protection if they know
476  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
477  * by an interrupt.
478  */
479 vm_page_t
480 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
481 {
482         vm_page_t m;
483
484         /*
485          * Search the hash table for this object/offset pair
486          */
487         ASSERT_MP_LOCK_HELD(curthread);
488         crit_enter();
489         lwkt_gettoken(&vm_token);
490         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
491         lwkt_reltoken(&vm_token);
492         crit_exit();
493         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
494         return(m);
495 }
496
497 /*
498  * vm_page_rename()
499  *
500  * Move the given memory entry from its current object to the specified
501  * target object/offset.
502  *
503  * The object must be locked.
504  * This routine may not block.
505  *
506  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
507  *
508  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
509  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
510  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
511  *       moving the page from object A to B, and will then later move
512  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
513  *
514  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
515  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
516  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
517  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
518  *       on the cache.
519  */
520 void
521 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
522 {
523         crit_enter();
524         lwkt_gettoken(&vm_token);
525         vm_page_remove(m);
526         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
527         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
528                 vm_page_deactivate(m);
529         vm_page_dirty(m);
530         vm_page_wakeup(m);
531         lwkt_reltoken(&vm_token);
532         crit_exit();
533 }
534
535 /*
536  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
537  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
538  * caller.
539  *
540  * This routine must be called at splhigh().
541  * This routine may not block.
542  */
543 void
544 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
545 {
546         int queue = m->queue;
547         struct vpgqueues *pq;
548
549         if (queue != PQ_NONE) {
550                 pq = &vm_page_queues[queue];
551                 m->queue = PQ_NONE;
552                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
553                 (*pq->cnt)--;
554                 pq->lcnt--;
555         }
556 }
557
558 /*
559  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
560  * if necessary.
561  *
562  * This routine must be called at splhigh().
563  * This routine may not block.
564  */
565 void
566 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
567 {
568         int queue = m->queue;
569         struct vpgqueues *pq;
570
571         if (queue != PQ_NONE) {
572                 m->queue = PQ_NONE;
573                 pq = &vm_page_queues[queue];
574                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
575                 (*pq->cnt)--;
576                 pq->lcnt--;
577                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
578                         pagedaemon_wakeup();
579         }
580 }
581
582 /*
583  * vm_page_list_find()
584  *
585  * Find a page on the specified queue with color optimization.
586  *
587  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
588  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
589  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
590  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
591  *
592  * This routine must be called at splvm().
593  * This routine may not block.
594  *
595  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
596  * is available for outside callers but the only critical path is
597  * from within this source file.
598  */
599 static __inline
600 vm_page_t
601 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
602 {
603         vm_page_t m;
604
605         if (prefer_zero)
606                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
607         else
608                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
609         if (m == NULL)
610                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
611         return(m);
612 }
613
614 static vm_page_t
615 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
616 {
617         int i;
618         vm_page_t m = NULL;
619         struct vpgqueues *pq;
620
621         pq = &vm_page_queues[basequeue];
622
623         /*
624          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
625          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
626          * blown it by missing the cache case so we do not care.
627          */
628
629         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
630                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
631                         break;
632
633                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
634                         break;
635         }
636         return(m);
637 }
638
639 vm_page_t
640 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
641 {
642         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
643 }
644
645 /*
646  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
647  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
648  * keeps us from using potentially busy cached pages.
649  *
650  * This routine must be called with a critical section held.
651  * This routine may not block.
652  */
653 vm_page_t
654 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
655 {
656         vm_page_t m;
657
658         while (TRUE) {
659                 m = _vm_page_list_find(
660                     PQ_CACHE,
661                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
662                     FALSE
663                 );
664                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
665                                m->hold_count || m->wire_count)) {
666                         vm_page_deactivate(m);
667                         continue;
668                 }
669                 return m;
670         }
671         /* not reached */
672 }
673
674 /*
675  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
676  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
677  * otherwise.
678  *
679  * This routine must be called with a critical section held.
680  * This routine may not block.
681  */
682 static __inline vm_page_t
683 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
684 {
685         vm_page_t m;
686
687         m = _vm_page_list_find(
688                 PQ_FREE,
689                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
690                 prefer_zero
691         );
692         return(m);
693 }
694
695 /*
696  * vm_page_alloc()
697  *
698  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
699  * pair.
700  *
701  *      page_req classes:
702  *
703  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
704  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
705  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
706  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
707  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
708  *
709  * The object must be locked.
710  * This routine may not block.
711  * The returned page will be marked PG_BUSY
712  *
713  * Additional special handling is required when called from an interrupt
714  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
715  * in this case.
716  */
717 vm_page_t
718 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
719 {
720         vm_page_t m = NULL;
721
722         KKASSERT(object != NULL);
723         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
724                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
725         KKASSERT(page_req & 
726                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
727                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
728
729         /*
730          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
731          * allowed to eat deeper into the free page list.
732          */
733         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
734                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
735
736         crit_enter();
737         lwkt_gettoken(&vm_token);
738 loop:
739         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
740             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
741             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
742                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
743         ) {
744                 /*
745                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
746                  */
747                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
748                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
749                 else
750                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
751         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
752                 /*
753                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
754                  * success, we must free the page and try again, thus
755                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
756                  */
757 #ifdef INVARIANTS
758                 if (curthread->td_preempted) {
759                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
760                                 " cache page from preempting interrupt\n");
761                         m = NULL;
762                 } else {
763                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
764                 }
765 #else
766                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
767 #endif
768                 /*
769                  * On success move the page into the free queue and loop.
770                  */
771                 if (m != NULL) {
772                         KASSERT(m->dirty == 0,
773                             ("Found dirty cache page %p", m));
774                         vm_page_busy(m);
775                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
776                         vm_page_free(m);
777                         goto loop;
778                 }
779
780                 /*
781                  * On failure return NULL
782                  */
783                 lwkt_reltoken(&vm_token);
784                 crit_exit();
785 #if defined(DIAGNOSTIC)
786                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
787                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
788 #endif
789                 vm_pageout_deficit++;
790                 pagedaemon_wakeup();
791                 return (NULL);
792         } else {
793                 /*
794                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
795                  */
796                 lwkt_reltoken(&vm_token);
797                 crit_exit();
798                 vm_pageout_deficit++;
799                 pagedaemon_wakeup();
800                 return (NULL);
801         }
802
803         /*
804          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
805          * a critical section.
806          */
807         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
808         KASSERT(m->dirty == 0, 
809                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
810
811         /*
812          * Remove from free queue
813          */
814         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
815
816         /*
817          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
818          * the page PG_BUSY
819          */
820         if (m->flags & PG_ZERO) {
821                 vm_page_zero_count--;
822                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
823         } else {
824                 m->flags = PG_BUSY;
825         }
826         m->wire_count = 0;
827         m->hold_count = 0;
828         m->act_count = 0;
829         m->busy = 0;
830         m->valid = 0;
831
832         /*
833          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
834          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
835          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
836          * anywhere.
837          */
838         vm_page_insert(m, object, pindex);
839
840         /*
841          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
842          * we would be nearly out of memory.
843          */
844         pagedaemon_wakeup();
845
846         lwkt_reltoken(&vm_token);
847         crit_exit();
848
849         /*
850          * A PG_BUSY page is returned.
851          */
852         return (m);
853 }
854
855 /*
856  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
857  * operations.
858  */
859 void
860 vm_wait_nominal(void)
861 {
862         while (vm_page_count_min(0))
863                 vm_wait(0);
864 }
865
866 /*
867  * Test if vm_wait_nominal() would block.
868  */
869 int
870 vm_test_nominal(void)
871 {
872         if (vm_page_count_min(0))
873                 return(1);
874         return(0);
875 }
876
877 /*
878  * Block until free pages are available for allocation, called in various
879  * places before memory allocations.
880  */
881 void
882 vm_wait(int timo)
883 {
884         crit_enter();
885         lwkt_gettoken(&vm_token);
886         if (curthread == pagethread) {
887                 vm_pageout_pages_needed = 1;
888                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
889         } else {
890                 if (vm_pages_needed == 0) {
891                         vm_pages_needed = 1;
892                         wakeup(&vm_pages_needed);
893                 }
894                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
895         }
896         lwkt_reltoken(&vm_token);
897         crit_exit();
898 }
899
900 /*
901  * Block until free pages are available for allocation
902  *
903  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
904  * easily tracked.
905  */
906 void
907 vm_waitpfault(void)
908 {
909         crit_enter();
910         lwkt_gettoken(&vm_token);
911         if (vm_pages_needed == 0) {
912                 vm_pages_needed = 1;
913                 wakeup(&vm_pages_needed);
914         }
915         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
916         lwkt_reltoken(&vm_token);
917         crit_exit();
918 }
919
920 /*
921  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
922  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
923  *
924  * The page queues must be locked.
925  * This routine may not block.
926  */
927 void
928 vm_page_activate(vm_page_t m)
929 {
930         crit_enter();
931         lwkt_gettoken(&vm_token);
932         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
933                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
934                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
935
936                 vm_page_unqueue(m);
937
938                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
939                         m->queue = PQ_ACTIVE;
940                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
941                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
942                                             m, pageq);
943                         if (m->act_count < ACT_INIT)
944                                 m->act_count = ACT_INIT;
945                         vmstats.v_active_count++;
946                 }
947         } else {
948                 if (m->act_count < ACT_INIT)
949                         m->act_count = ACT_INIT;
950         }
951         lwkt_reltoken(&vm_token);
952         crit_exit();
953 }
954
955 /*
956  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
957  * routine is called when a page has been added to the cache or free
958  * queues.
959  *
960  * This routine may not block.
961  * This routine must be called at splvm()
962  */
963 static __inline void
964 vm_page_free_wakeup(void)
965 {
966         /*
967          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
968          * some free.
969          */
970         if (vm_pageout_pages_needed &&
971             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
972             vmstats.v_pageout_free_min
973         ) {
974                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
975                 vm_pageout_pages_needed = 0;
976         }
977
978         /*
979          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
980          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
981          * lots of memory. this process will swapin processes.
982          */
983         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min(0)) {
984                 vm_pages_needed = 0;
985                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
986         }
987 }
988
989 /*
990  *      vm_page_free_toq:
991  *
992  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
993  *      any VM object.
994  *
995  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
996  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
997  *      on entry.
998  *
999  *      This routine may not block.
1000  */
1001 void
1002 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1003 {
1004         struct vpgqueues *pq;
1005
1006         crit_enter();
1007         lwkt_gettoken(&vm_token);
1008         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1009
1010         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1011
1012         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1013                 kprintf(
1014                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1015                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1016                     m->hold_count);
1017                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1018                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1019                 else
1020                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1021         }
1022
1023         /*
1024          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1025          * the page here because we do not want to call the pager's
1026          * callback routine until after we've put the page on the
1027          * appropriate free queue.
1028          */
1029         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1030         vm_page_remove(m);
1031
1032         /*
1033          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1034          * and queue removal.
1035          */
1036         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1037                 vm_page_wakeup(m);
1038                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1039                 crit_exit();
1040                 return;
1041         }
1042
1043         m->valid = 0;
1044         vm_page_undirty(m);
1045
1046         if (m->wire_count != 0) {
1047                 if (m->wire_count > 1) {
1048                     panic(
1049                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1050                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1051                 }
1052                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1053         }
1054
1055         /*
1056          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1057          */
1058         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1059             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1060         }
1061
1062         if (m->hold_count != 0) {
1063                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1064                 m->queue = PQ_HOLD;
1065         } else {
1066                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1067         }
1068         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1069         pq->lcnt++;
1070         ++(*pq->cnt);
1071
1072         /*
1073          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1074          * first ) and non-zerod pages at the head.
1075          */
1076         if (m->flags & PG_ZERO) {
1077                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1078                 ++vm_page_zero_count;
1079         } else {
1080                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1081         }
1082         vm_page_wakeup(m);
1083         vm_page_free_wakeup();
1084         lwkt_reltoken(&vm_token);
1085         crit_exit();
1086 }
1087
1088 /*
1089  * vm_page_free_fromq_fast()
1090  *
1091  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
1092  * zeroing, so do not issue a wakeup.
1093  *
1094  * MPUNSAFE
1095  */
1096 vm_page_t
1097 vm_page_free_fromq_fast(void)
1098 {
1099         static int qi;
1100         vm_page_t m;
1101         int i;
1102
1103         crit_enter();
1104         lwkt_gettoken(&vm_token);
1105         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
1106                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
1107                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
1108                 if (m && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1109                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1110                         vm_page_busy(m);
1111                         break;
1112                 }
1113                 m = NULL;
1114         }
1115         lwkt_reltoken(&vm_token);
1116         crit_exit();
1117         return (m);
1118 }
1119
1120 /*
1121  * vm_page_unmanage()
1122  *
1123  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1124  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1125  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1126  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1127  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1128  * operate on the page.
1129  *
1130  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1131  * will clear the flag.
1132  *
1133  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1134  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1135  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1136  * mappings.
1137  *
1138  * Must be called with a critical section held.
1139  */
1140 void
1141 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1142 {
1143         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1144         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1145                 if (m->wire_count == 0)
1146                         vm_page_unqueue(m);
1147         }
1148         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1149 }
1150
1151 /*
1152  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1153  * paging queues as necessary.
1154  *
1155  * The page queues must be locked.
1156  * This routine may not block.
1157  */
1158 void
1159 vm_page_wire(vm_page_t m)
1160 {
1161         /*
1162          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1163          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1164          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1165          * pages because they are always wired.
1166          */
1167         crit_enter();
1168         lwkt_gettoken(&vm_token);
1169         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1170                 if (m->wire_count == 0) {
1171                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1172                                 vm_page_unqueue(m);
1173                         vmstats.v_wire_count++;
1174                 }
1175                 m->wire_count++;
1176                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1177                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1178         }
1179         lwkt_reltoken(&vm_token);
1180         crit_exit();
1181 }
1182
1183 /*
1184  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1185  *
1186  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1187  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1188  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1189  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1190  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1191  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1192  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1193  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1194  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1195  * reused more quickly.
1196  *
1197  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1198  * put clean pages on the cache queue.
1199  *
1200  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1201  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1202  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1203  * dirty pages in the cache are not allowed.
1204  *
1205  * The page queues must be locked.
1206  * This routine may not block.
1207  */
1208 void
1209 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1210 {
1211         crit_enter();
1212         lwkt_gettoken(&vm_token);
1213         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1214                 /* do nothing */
1215         } else if (m->wire_count <= 0) {
1216                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1217         } else {
1218                 if (--m->wire_count == 0) {
1219                         --vmstats.v_wire_count;
1220                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1221                                 ;
1222                         } else if (activate) {
1223                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1224                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1225                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1226                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1227                                 vmstats.v_active_count++;
1228                         } else {
1229                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1230                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1231                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1232                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1233                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1234                                 vmstats.v_inactive_count++;
1235                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1236                         }
1237                 }
1238         }
1239         lwkt_reltoken(&vm_token);
1240         crit_exit();
1241 }
1242
1243
1244 /*
1245  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1246  * any associated swap, the swap is deallocated.
1247  *
1248  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1249  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1250  * except without unmapping it from the process address space.
1251  *
1252  * This routine may not block.
1253  */
1254 static __inline void
1255 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1256 {
1257         /*
1258          * Ignore if already inactive.
1259          */
1260         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1261                 return;
1262
1263         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1264                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1265                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1266                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1267                 vm_page_unqueue(m);
1268                 if (athead) {
1269                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1270                                           m, pageq);
1271                 } else {
1272                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1273                                           m, pageq);
1274                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1275                 }
1276                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1277                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1278                 vmstats.v_inactive_count++;
1279         }
1280 }
1281
1282 void
1283 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1284 {
1285     crit_enter();
1286     lwkt_gettoken(&vm_token);
1287     _vm_page_deactivate(m, 0);
1288     lwkt_reltoken(&vm_token);
1289     crit_exit();
1290 }
1291
1292 /*
1293  * vm_page_try_to_cache:
1294  *
1295  * Returns 0 on failure, 1 on success
1296  */
1297 int
1298 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1299 {
1300         crit_enter();
1301         lwkt_gettoken(&vm_token);
1302         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1303             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1304                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1305                 crit_exit();
1306                 return(0);
1307         }
1308         vm_page_test_dirty(m);
1309         if (m->dirty) {
1310                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1311                 crit_exit();
1312                 return(0);
1313         }
1314         vm_page_cache(m);
1315         lwkt_reltoken(&vm_token);
1316         crit_exit();
1317         return(1);
1318 }
1319
1320 /*
1321  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1322  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1323  */
1324 int
1325 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1326 {
1327         crit_enter();
1328         lwkt_gettoken(&vm_token);
1329         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1330             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1331                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1332                 crit_exit();
1333                 return(0);
1334         }
1335         vm_page_test_dirty(m);
1336         if (m->dirty) {
1337                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1338                 crit_exit();
1339                 return(0);
1340         }
1341         vm_page_busy(m);
1342         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1343         vm_page_free(m);
1344         lwkt_reltoken(&vm_token);
1345         crit_exit();
1346         return(1);
1347 }
1348
1349 /*
1350  * vm_page_cache
1351  *
1352  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1353  *
1354  * This routine may not block.
1355  */
1356 void
1357 vm_page_cache(vm_page_t m)
1358 {
1359         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1360
1361         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1362                         m->wire_count || m->hold_count) {
1363                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1364                 return;
1365         }
1366
1367         /*
1368          * Already in the cache (and thus not mapped)
1369          */
1370         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
1371                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1372                 return;
1373         }
1374
1375         /*
1376          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
1377          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
1378          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
1379          */
1380         if (m->dirty) {
1381                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1382                         (long)m->pindex);
1383         }
1384
1385         /*
1386          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1387          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
1388          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
1389          * everything.
1390          */
1391         vm_page_busy(m);
1392         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1393         vm_page_wakeup(m);
1394         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
1395                         m->wire_count || m->hold_count) {
1396                 /* do nothing */
1397         } else if (m->dirty) {
1398                 vm_page_deactivate(m);
1399         } else {
1400                 vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1401                 m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1402                 vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1403                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1404                 vmstats.v_cache_count++;
1405                 vm_page_free_wakeup();
1406         }
1407 }
1408
1409 /*
1410  * vm_page_dontneed()
1411  *
1412  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1413  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1414  *
1415  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1416  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1417  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1418  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1419  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1420  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1421  *
1422  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1423  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1424  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1425  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1426  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1427  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1428  * often.
1429  */
1430 void
1431 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1432 {
1433         static int dnweight;
1434         int dnw;
1435         int head;
1436
1437         dnw = ++dnweight;
1438
1439         /*
1440          * occassionally leave the page alone
1441          */
1442         crit_enter();
1443         lwkt_gettoken(&vm_token);
1444         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1445             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1446             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1447         ) {
1448                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1449                         --m->act_count;
1450                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1451                 crit_exit();
1452                 return;
1453         }
1454
1455         if (m->dirty == 0)
1456                 vm_page_test_dirty(m);
1457
1458         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1459                 /*
1460                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1461                  */
1462                 head = 0;
1463         } else {
1464                 /*
1465                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1466                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1467                  * at the head of the queue instead of the tail.
1468                  */
1469                 head = 1;
1470         }
1471         _vm_page_deactivate(m, head);
1472         lwkt_reltoken(&vm_token);
1473         crit_exit();
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1478  * A busy page is returned or NULL.
1479  *
1480  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1481  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1482  *
1483  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1484  * always returned if we had blocked.  
1485  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1486  * This routine may not be called from an interrupt.
1487  * The returned page may not be entirely valid.
1488  *
1489  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1490  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1491  * index.
1492  */
1493 vm_page_t
1494 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1495 {
1496         vm_page_t m;
1497         int generation;
1498
1499         KKASSERT(allocflags &
1500                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1501         crit_enter();
1502         lwkt_gettoken(&vm_token);
1503 retrylookup:
1504         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1505                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1506                         generation = object->generation;
1507
1508                         while ((object->generation == generation) &&
1509                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1510                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1511                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1512                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1513                                         m = NULL;
1514                                         goto done;
1515                                 }
1516                         }
1517                         goto retrylookup;
1518                 } else {
1519                         vm_page_busy(m);
1520                         goto done;
1521                 }
1522         }
1523         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1524         if (m == NULL) {
1525                 vm_wait(0);
1526                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1527                         goto done;
1528                 goto retrylookup;
1529         }
1530 done:
1531         lwkt_reltoken(&vm_token);
1532         crit_exit();
1533         return(m);
1534 }
1535
1536 /*
1537  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1538  * a page.  May not block.
1539  *
1540  * Inputs are required to range within a page.
1541  */
1542 __inline int
1543 vm_page_bits(int base, int size)
1544 {
1545         int first_bit;
1546         int last_bit;
1547
1548         KASSERT(
1549             base + size <= PAGE_SIZE,
1550             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1551         );
1552
1553         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1554                 return(0);
1555
1556         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1557         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1558
1559         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1560 }
1561
1562 /*
1563  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1564  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1565  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1566  * such chunks will be zero'd.
1567  *
1568  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
1569  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
1570  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
1571  *       lost.
1572  *
1573  * This routine may not block.
1574  *
1575  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1576  */
1577 static void
1578 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1579 {
1580         int frag;
1581         int endoff;
1582
1583         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1584                 return;
1585
1586         /*
1587          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1588          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1589          * first block.
1590          */
1591
1592         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1593             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1594         ) {
1595                 pmap_zero_page_area(
1596                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1597                     frag,
1598                     base - frag
1599                 );
1600         }
1601
1602         /*
1603          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1604          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1605          * the last block.
1606          */
1607
1608         endoff = base + size;
1609
1610         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1611             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1612         ) {
1613                 pmap_zero_page_area(
1614                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1615                     endoff,
1616                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1617                 );
1618         }
1619 }
1620
1621 /*
1622  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1623  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1624  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1625  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1626  * be set again.
1627  *
1628  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1629  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1630  * the range.
1631  */
1632 void
1633 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1634 {
1635         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1636         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
1637 }
1638
1639
1640 /*
1641  * Set valid bits and clear dirty bits.
1642  *
1643  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1644  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1645  *       and size.
1646  */
1647 void
1648 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1649 {
1650         int pagebits;
1651
1652         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1653         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1654         m->valid |= pagebits;
1655         m->dirty &= ~pagebits;
1656         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1657                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1658                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1659         }
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
1664  */
1665 void
1666 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
1667 {
1668         int pagebits;
1669
1670         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1671         m->valid |= pagebits;
1672         m->dirty |= pagebits;
1673         if (m->object)
1674                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1675 }
1676
1677 /*
1678  * Clear dirty bits.
1679  *
1680  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1681  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1682  *       and size.
1683  */
1684 void
1685 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1686 {
1687         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1688         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1689                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1690                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1691         }
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Make the page all-dirty.
1696  *
1697  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
1698  * object may now contain a dirty page.
1699  */
1700 void
1701 vm_page_dirty(vm_page_t m)
1702 {
1703 #ifdef INVARIANTS
1704         int pqtype = m->queue - m->pc;
1705 #endif
1706         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
1707                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
1708         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
1709                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1710                 if (m->object)
1711                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1712         }
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1717  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1718  *
1719  * May not block.
1720  */
1721 void
1722 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1723 {
1724         int bits;
1725
1726         bits = vm_page_bits(base, size);
1727         m->valid &= ~bits;
1728         m->dirty &= ~bits;
1729         m->object->generation++;
1730 }
1731
1732 /*
1733  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1734  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1735  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1736  * page so user code sees what it expects.
1737  *
1738  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1739  * into memory and the file's size is not page aligned.
1740  */
1741 void
1742 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1743 {
1744         int b;
1745         int i;
1746
1747         /*
1748          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1749          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1750          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1751          * vm_page_set_validclean().
1752          */
1753         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1754                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1755                     (m->valid & (1 << i))
1756                 ) {
1757                         if (i > b) {
1758                                 pmap_zero_page_area(
1759                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1760                                     b << DEV_BSHIFT,
1761                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1762                                 );
1763                         }
1764                         b = i + 1;
1765                 }
1766         }
1767
1768         /*
1769          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1770          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1771          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1772          */
1773         if (setvalid)
1774                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1775 }
1776
1777 /*
1778  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1779  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1780  * invalid, and TRUE otherwise.
1781  *
1782  * May not block.
1783  */
1784 int
1785 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1786 {
1787         int bits = vm_page_bits(base, size);
1788
1789         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1790                 return 1;
1791         else
1792                 return 0;
1793 }
1794
1795 /*
1796  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1797  */
1798 void
1799 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1800 {
1801         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1802                 vm_page_dirty(m);
1803         }
1804 }
1805
1806 /*
1807  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
1808  * removed from the page's list and called.
1809  */
1810 void
1811 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
1812 {
1813         struct vm_page_action *scan, *next;
1814
1815         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, &m->action_list, entry, next) {
1816                 if (scan->event == event) {
1817                         scan->event = VMEVENT_NONE;
1818                         LIST_REMOVE(scan, entry);
1819                         scan->func(m, scan);
1820                 }
1821         }
1822 }
1823
1824
1825 #include "opt_ddb.h"
1826 #ifdef DDB
1827 #include <sys/kernel.h>
1828
1829 #include <ddb/ddb.h>
1830
1831 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1832 {
1833         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1834         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1835         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1836         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1837         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1838         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1839         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1840         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1841         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1842         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1843 }
1844
1845 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1846 {
1847         int i;
1848         db_printf("PQ_FREE:");
1849         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1850                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1851         }
1852         db_printf("\n");
1853                 
1854         db_printf("PQ_CACHE:");
1855         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1856                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1857         }
1858         db_printf("\n");
1859
1860         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1861                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1862                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1863 }
1864 #endif /* DDB */