Add the DragonFly cvs id and perform general cleanups on cvs/rcs/sccs ids. Most
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.2 2003/06/17 04:29:00 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory management module.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90
91 static void     vm_page_queue_init (void);
92 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
93
94 /*
95  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
96  *      page structure.
97  */
98
99 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
100 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
101 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
102 static volatile int vm_page_bucket_generation;
103
104 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
105
106 static void
107 vm_page_queue_init(void) {
108         int i;
109
110         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
111                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &cnt.v_free_count;
112         }
113         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
114
115         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
116         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
117         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
118                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &cnt.v_cache_count;
119         }
120         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
121                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
122         }
123 }
124
125 vm_page_t vm_page_array = 0;
126 int vm_page_array_size = 0;
127 long first_page = 0;
128 int vm_page_zero_count = 0;
129
130 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
131 static void vm_page_free_wakeup (void);
132
133 /*
134  *      vm_set_page_size:
135  *
136  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
137  *      size.  Must be called before any use of page-size
138  *      dependent functions.
139  */
140 void
141 vm_set_page_size(void)
142 {
143         if (cnt.v_page_size == 0)
144                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
145         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
146                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
147 }
148
149 /*
150  *      vm_add_new_page:
151  *
152  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
153  *      Must be called at splhigh().
154  */
155 vm_page_t
156 vm_add_new_page(vm_offset_t pa)
157 {
158         vm_page_t m;
159
160         ++cnt.v_page_count;
161         ++cnt.v_free_count;
162         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
163         m->phys_addr = pa;
164         m->flags = 0;
165         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
166         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
167         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
168         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
169         return (m);
170 }
171
172 /*
173  *      vm_page_startup:
174  *
175  *      Initializes the resident memory module.
176  *
177  *      Allocates memory for the page cells, and
178  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
179  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
180  */
181
182 vm_offset_t
183 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
184 {
185         vm_offset_t mapped;
186         struct vm_page **bucket;
187         vm_size_t npages, page_range;
188         vm_offset_t new_end;
189         int i;
190         vm_offset_t pa;
191         int nblocks;
192         vm_offset_t last_pa;
193
194         /* the biggest memory array is the second group of pages */
195         vm_offset_t end;
196         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
197
198         vm_offset_t total;
199
200         total = 0;
201         biggestsize = 0;
202         biggestone = 0;
203         nblocks = 0;
204         vaddr = round_page(vaddr);
205
206         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
207                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
208                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
209         }
210
211         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
212                 int size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
213
214                 if (size > biggestsize) {
215                         biggestone = i;
216                         biggestsize = size;
217                 }
218                 ++nblocks;
219                 total += size;
220         }
221
222         end = phys_avail[biggestone+1];
223
224         /*
225          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
226          * and the inactive queue.
227          */
228
229         vm_page_queue_init();
230
231         /*
232          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
233          *
234          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
235          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
236          * the system.  
237          *
238          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
239          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
240          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
241          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
242          *
243          * Note: This computation can be tweaked if desired.
244          */
245         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
246         bucket = vm_page_buckets;
247         if (vm_page_bucket_count == 0) {
248                 vm_page_bucket_count = 1;
249                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
250                         vm_page_bucket_count <<= 1;
251         }
252         vm_page_bucket_count <<= 1;
253         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
254
255         /*
256          * Validate these addresses.
257          */
258         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
259         new_end = trunc_page(new_end);
260         mapped = round_page(vaddr);
261         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
262             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
263         vaddr = round_page(vaddr);
264         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
265
266         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
267                 *bucket = NULL;
268                 bucket++;
269         }
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
277         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
278
279         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
280         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
281             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
282
283         end = new_end;
284         /*
285          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
286          * queue.
287          */
288         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
289         mapped = vaddr;
290
291         /*
292          * Validate these addresses.
293          */
294
295         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
296         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
297             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
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 descending 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         cnt.v_page_count = 0;
312         cnt.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 (mapped);
325 }
326
327 /*
328  *      vm_page_hash:
329  *
330  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
331  *
332  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
333  *      This routine may not block.
334  *
335  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
336  *      out in the hash table without it costing us too much.
337  */
338 static __inline int
339 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
340 {
341         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
342
343         return(i & vm_page_hash_mask);
344 }
345
346 void
347 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
348 {
349         --mem->hold_count;
350         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
351         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
352                 vm_page_free_toq(mem);
353 }
354
355 /*
356  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
357  *
358  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
359  *
360  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
361  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
362  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
363  *      here so we *can't* do this anyway.
364  *
365  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
366  *      This routine may not block.
367  */
368
369 void
370 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
371 {
372         struct vm_page **bucket;
373
374         if (m->object != NULL)
375                 panic("vm_page_insert: already inserted");
376
377         /*
378          * Record the object/offset pair in this page
379          */
380
381         m->object = object;
382         m->pindex = pindex;
383
384         /*
385          * Insert it into the object_object/offset hash table
386          */
387
388         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
389         m->hnext = *bucket;
390         *bucket = m;
391         vm_page_bucket_generation++;
392
393         /*
394          * Now link into the object's list of backed pages.
395          */
396
397         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
398         object->generation++;
399
400         /*
401          * show that the object has one more resident page.
402          */
403
404         object->resident_page_count++;
405
406         /*
407          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
408          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
409          */
410         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
411                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
412 }
413
414 /*
415  *      vm_page_remove:
416  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
417  *
418  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
419  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
420  *      the backing store.
421  *
422  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
423  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
424  *      This routine may not block.
425  */
426
427 void
428 vm_page_remove(vm_page_t m)
429 {
430         vm_object_t object;
431
432         if (m->object == NULL)
433                 return;
434
435         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
436                 panic("vm_page_remove: page not busy");
437         }
438
439         /*
440          * Basically destroy the page.
441          */
442
443         vm_page_wakeup(m);
444
445         object = m->object;
446
447         /*
448          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
449          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
450          *
451          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
452          * buffers with vm_page_lookup().
453          */
454
455         {
456                 struct vm_page **bucket;
457
458                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
459                 while (*bucket != m) {
460                         if (*bucket == NULL)
461                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
462                         bucket = &(*bucket)->hnext;
463                 }
464                 *bucket = m->hnext;
465                 m->hnext = NULL;
466                 vm_page_bucket_generation++;
467         }
468
469         /*
470          * Now remove from the object's list of backed pages.
471          */
472
473         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
474
475         /*
476          * And show that the object has one fewer resident page.
477          */
478
479         object->resident_page_count--;
480         object->generation++;
481
482         m->object = NULL;
483 }
484
485 /*
486  *      vm_page_lookup:
487  *
488  *      Returns the page associated with the object/offset
489  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
490  *
491  *      NOTE: the code below does not lock.  It will operate properly if
492  *      an interrupt makes a change, but the generation algorithm will not 
493  *      operate properly in an SMP environment where both cpu's are able to run
494  *      kernel code simultaneously.
495  *
496  *      The object must be locked.  No side effects.
497  *      This routine may not block.
498  *      This is a critical path routine
499  */
500
501 vm_page_t
502 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
503 {
504         vm_page_t m;
505         struct vm_page **bucket;
506         int generation;
507
508         /*
509          * Search the hash table for this object/offset pair
510          */
511
512 retry:
513         generation = vm_page_bucket_generation;
514         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
515         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
516                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
517                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
518                                 goto retry;
519                         return (m);
520                 }
521         }
522         if (vm_page_bucket_generation != generation)
523                 goto retry;
524         return (NULL);
525 }
526
527 /*
528  *      vm_page_rename:
529  *
530  *      Move the given memory entry from its
531  *      current object to the specified target object/offset.
532  *
533  *      The object must be locked.
534  *      This routine may not block.
535  *
536  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
537  *
538  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
539  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
540  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
541  *            moving the page from object A to B, and will then later move
542  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
543  *
544  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
545  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
546  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
547  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
548  *            on the cache.
549  */
550
551 void
552 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
553 {
554         int s;
555
556         s = splvm();
557         vm_page_remove(m);
558         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
559         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
560                 vm_page_deactivate(m);
561         vm_page_dirty(m);
562         splx(s);
563 }
564
565 /*
566  * vm_page_unqueue_nowakeup:
567  *
568  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
569  *
570  *      This routine must be called at splhigh().
571  *      This routine may not block.
572  */
573
574 void
575 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
576 {
577         int queue = m->queue;
578         struct vpgqueues *pq;
579         if (queue != PQ_NONE) {
580                 pq = &vm_page_queues[queue];
581                 m->queue = PQ_NONE;
582                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
583                 (*pq->cnt)--;
584                 pq->lcnt--;
585         }
586 }
587
588 /*
589  * vm_page_unqueue:
590  *
591  *      Remove a page from its queue.
592  *
593  *      This routine must be called at splhigh().
594  *      This routine may not block.
595  */
596
597 void
598 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
599 {
600         int queue = m->queue;
601         struct vpgqueues *pq;
602         if (queue != PQ_NONE) {
603                 m->queue = PQ_NONE;
604                 pq = &vm_page_queues[queue];
605                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
606                 (*pq->cnt)--;
607                 pq->lcnt--;
608                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
609                         if (vm_paging_needed())
610                                 pagedaemon_wakeup();
611                 }
612         }
613 }
614
615 #if PQ_L2_SIZE > 1
616
617 /*
618  *      vm_page_list_find:
619  *
620  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
621  *
622  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
623  *      that does not overload other nearby pages in the object in
624  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
625  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
626  *      to be virtual.
627  *
628  *      This routine must be called at splvm().
629  *      This routine may not block.
630  *
631  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
632  *      in vm_page.h
633  */
634 vm_page_t
635 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
636 {
637         int i;
638         vm_page_t m = NULL;
639         struct vpgqueues *pq;
640
641         pq = &vm_page_queues[basequeue];
642
643         /*
644          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
645          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
646          * blown it by missing the cache case so we do not care.
647          */
648
649         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
650                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
651                         break;
652
653                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
654                         break;
655         }
656         return(m);
657 }
658
659 #endif
660
661 /*
662  *      vm_page_select_cache:
663  *
664  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
665  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
666  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
667  *
668  *      This routine must be called at splvm().
669  *      This routine may not block.
670  */
671 vm_page_t
672 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
673 {
674         vm_page_t m;
675
676         while (TRUE) {
677                 m = vm_page_list_find(
678                     PQ_CACHE,
679                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
680                     FALSE
681                 );
682                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
683                                m->hold_count || m->wire_count)) {
684                         vm_page_deactivate(m);
685                         continue;
686                 }
687                 return m;
688         }
689 }
690
691 /*
692  *      vm_page_select_free:
693  *
694  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
695  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
696  *      otherwise.
697  *
698  *      This routine must be called at splvm().
699  *      This routine may not block.
700  */
701
702 static __inline vm_page_t
703 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
704 {
705         vm_page_t m;
706
707         m = vm_page_list_find(
708                 PQ_FREE,
709                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
710                 prefer_zero
711         );
712         return(m);
713 }
714
715 /*
716  *      vm_page_alloc:
717  *
718  *      Allocate and return a memory cell associated
719  *      with this VM object/offset pair.
720  *
721  *      page_req classes:
722  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
723  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
724  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
725  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
726  *
727  *      Object must be locked.
728  *      This routine may not block.
729  *
730  *      Additional special handling is required when called from an
731  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
732  *      the page cache in this case.
733  */
734
735 vm_page_t
736 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
737 {
738         vm_page_t m = NULL;
739         int s;
740
741         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
742                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
743
744         /*
745          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
746          */
747
748         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
749                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
750         };
751
752         s = splvm();
753
754 loop:
755         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved) {
756                 /*
757                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
758                  * in it.
759                  */
760                 if (page_req == VM_ALLOC_ZERO)
761                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
762                 else
763                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
764         } else if (
765             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
766              cnt.v_cache_count == 0 && 
767              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
768             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)
769         ) {
770                 /*
771                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
772                  */
773                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
774         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
775                 /*
776                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
777                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
778                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
779                  */
780                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
781                 if (m == NULL) {
782                         splx(s);
783 #if defined(DIAGNOSTIC)
784                         if (cnt.v_cache_count > 0)
785                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
786 #endif
787                         vm_pageout_deficit++;
788                         pagedaemon_wakeup();
789                         return (NULL);
790                 }
791                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
792                 vm_page_busy(m);
793                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
794                 vm_page_free(m);
795                 goto loop;
796         } else {
797                 /*
798                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
799                  */
800                 splx(s);
801                 vm_pageout_deficit++;
802                 pagedaemon_wakeup();
803                 return (NULL);
804         }
805
806         /*
807          *  At this point we had better have found a good page.
808          */
809
810         KASSERT(
811             m != NULL,
812             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
813         );
814
815         /*
816          * Remove from free queue
817          */
818
819         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
820
821         /*
822          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
823          */
824
825         if (m->flags & PG_ZERO) {
826                 vm_page_zero_count--;
827                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
828         } else {
829                 m->flags = PG_BUSY;
830         }
831         m->wire_count = 0;
832         m->hold_count = 0;
833         m->act_count = 0;
834         m->busy = 0;
835         m->valid = 0;
836         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
837
838         /*
839          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
840          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
841          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
842          * anywhere.
843          */
844
845         vm_page_insert(m, object, pindex);
846
847         /*
848          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
849          * we would be nearly out of memory.
850          */
851         if (vm_paging_needed())
852                 pagedaemon_wakeup();
853
854         splx(s);
855
856         return (m);
857 }
858
859 /*
860  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
861  *
862  *      Block until free pages are available for allocation
863  *      - Called in various places before memory allocations.
864  */
865
866 void
867 vm_wait(void)
868 {
869         int s;
870
871         s = splvm();
872         if (curproc == pageproc) {
873                 vm_pageout_pages_needed = 1;
874                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "VMWait", 0);
875         } else {
876                 if (!vm_pages_needed) {
877                         vm_pages_needed = 1;
878                         wakeup(&vm_pages_needed);
879                 }
880                 tsleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
881         }
882         splx(s);
883 }
884
885 /*
886  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
887  *
888  *      Block until free pages are available for allocation
889  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
890  *        can be easily tracked.
891  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
892  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
893  *        this balance without careful testing first.
894  */
895
896 void
897 vm_waitpfault(void)
898 {
899         int s;
900
901         s = splvm();
902         if (!vm_pages_needed) {
903                 vm_pages_needed = 1;
904                 wakeup(&vm_pages_needed);
905         }
906         tsleep(&cnt.v_free_count, PUSER, "pfault", 0);
907         splx(s);
908 }
909
910 /*
911  *      vm_await:       (also see VM_AWAIT macro)
912  *
913  *      asleep on an event that will signal when free pages are available
914  *      for allocation.
915  */
916
917 void
918 vm_await(void)
919 {
920         int s;
921
922         s = splvm();
923         if (curproc == pageproc) {
924                 vm_pageout_pages_needed = 1;
925                 asleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "vmwait", 0);
926         } else {
927                 if (!vm_pages_needed) {
928                         vm_pages_needed++;
929                         wakeup(&vm_pages_needed);
930                 }
931                 asleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
932         }
933         splx(s);
934 }
935
936 #if 0
937 /*
938  *      vm_page_sleep:
939  *
940  *      Block until page is no longer busy.
941  */
942
943 int
944 vm_page_sleep(vm_page_t m, char *msg, char *busy) 
945 {
946         int slept = 0;
947         if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
948                 int s;
949                 s = splvm();
950                 if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
951                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED);
952                         tsleep(m, PVM, msg, 0);
953                         slept = 1;
954                 }
955                 splx(s);
956         }
957         return slept;
958 }
959
960 #endif
961
962 #if 0
963
964 /*
965  *      vm_page_asleep:
966  *
967  *      Similar to vm_page_sleep(), but does not block.  Returns 0 if
968  *      the page is not busy, or 1 if the page is busy.
969  *
970  *      This routine has the side effect of calling asleep() if the page
971  *      was busy (1 returned).
972  */
973
974 int
975 vm_page_asleep(vm_page_t m, char *msg, char *busy) 
976 {
977         int slept = 0;
978         if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
979                 int s;
980                 s = splvm();
981                 if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
982                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED);
983                         asleep(m, PVM, msg, 0);
984                         slept = 1;
985                 }
986                 splx(s);
987         }
988         return slept;
989 }
990
991 #endif
992
993 /*
994  *      vm_page_activate:
995  *
996  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
997  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
998  *      mess with it.
999  *
1000  *      The page queues must be locked.
1001  *      This routine may not block.
1002  */
1003 void
1004 vm_page_activate(vm_page_t m)
1005 {
1006         int s;
1007
1008         s = splvm();
1009         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
1010                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1011                         cnt.v_reactivated++;
1012
1013                 vm_page_unqueue(m);
1014
1015                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1016                         m->queue = PQ_ACTIVE;
1017                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1018                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1019                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1020                                 m->act_count = ACT_INIT;
1021                         cnt.v_active_count++;
1022                 }
1023         } else {
1024                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1025                         m->act_count = ACT_INIT;
1026         }
1027
1028         splx(s);
1029 }
1030
1031 /*
1032  *      vm_page_free_wakeup:
1033  *
1034  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1035  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1036  *      queues.
1037  *
1038  *      This routine may not block.
1039  *      This routine must be called at splvm()
1040  */
1041 static __inline void
1042 vm_page_free_wakeup(void)
1043 {
1044         /*
1045          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1046          * some free.
1047          */
1048         if (vm_pageout_pages_needed &&
1049             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1050                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1051                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1052         }
1053         /*
1054          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1055          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1056          * lots of memory. this process will swapin processes.
1057          */
1058         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1059                 vm_pages_needed = 0;
1060                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1061         }
1062 }
1063
1064 /*
1065  *      vm_page_free_toq:
1066  *
1067  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1068  *      disassociating it with any VM object.
1069  *
1070  *      Object and page must be locked prior to entry.
1071  *      This routine may not block.
1072  */
1073
1074 void
1075 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1076 {
1077         int s;
1078         struct vpgqueues *pq;
1079         vm_object_t object = m->object;
1080
1081         s = splvm();
1082
1083         cnt.v_tfree++;
1084
1085         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1086                 printf(
1087                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1088                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1089                     m->hold_count);
1090                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1091                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1092                 else
1093                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1094         }
1095
1096         /*
1097          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1098          * the page here because we do not want to call the pager's
1099          * callback routine until after we've put the page on the
1100          * appropriate free queue.
1101          */
1102
1103         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1104         vm_page_remove(m);
1105
1106         /*
1107          * If fictitious remove object association and
1108          * return, otherwise delay object association removal.
1109          */
1110
1111         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1112                 splx(s);
1113                 return;
1114         }
1115
1116         m->valid = 0;
1117         vm_page_undirty(m);
1118
1119         if (m->wire_count != 0) {
1120                 if (m->wire_count > 1) {
1121                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1122                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1123                 }
1124                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1125         }
1126
1127         /*
1128          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1129          * it up.
1130          */
1131
1132         if (object && 
1133             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1134             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1135         ) {
1136                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1137
1138                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1139                         vfree(vp);
1140         }
1141
1142         /*
1143          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1144          */
1145
1146         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1147             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1148         } else {
1149 #ifdef __alpha__
1150             pmap_page_is_free(m);
1151 #endif
1152         }
1153
1154         if (m->hold_count != 0) {
1155                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1156                 m->queue = PQ_HOLD;
1157         } else
1158                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1159         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1160         pq->lcnt++;
1161         ++(*pq->cnt);
1162
1163         /*
1164          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1165          * first ) and non-zerod pages at the head.
1166          */
1167
1168         if (m->flags & PG_ZERO) {
1169                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1170                 ++vm_page_zero_count;
1171         } else {
1172                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1173         }
1174
1175         vm_page_free_wakeup();
1176
1177         splx(s);
1178 }
1179
1180 /*
1181  *      vm_page_unmanage:
1182  *
1183  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1184  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1185  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1186  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1187  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1188  *      operate on the page.
1189  *
1190  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1191  *      will clear the flag.
1192  *
1193  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1194  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1195  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1196  *      mappings.
1197  */
1198
1199 void
1200 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1201 {
1202         int s;
1203
1204         s = splvm();
1205         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1206                 if (m->wire_count == 0)
1207                         vm_page_unqueue(m);
1208         }
1209         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1210         splx(s);
1211 }
1212
1213 /*
1214  *      vm_page_wire:
1215  *
1216  *      Mark this page as wired down by yet
1217  *      another map, removing it from paging queues
1218  *      as necessary.
1219  *
1220  *      The page queues must be locked.
1221  *      This routine may not block.
1222  */
1223 void
1224 vm_page_wire(vm_page_t m)
1225 {
1226         int s;
1227
1228         /*
1229          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1230          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1231          * it is already off the queues).
1232          */
1233         s = splvm();
1234         if (m->wire_count == 0) {
1235                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1236                         vm_page_unqueue(m);
1237                 cnt.v_wire_count++;
1238         }
1239         m->wire_count++;
1240         KASSERT(m->wire_count != 0,
1241             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1242
1243         splx(s);
1244         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1245 }
1246
1247 /*
1248  *      vm_page_unwire:
1249  *
1250  *      Release one wiring of this page, potentially
1251  *      enabling it to be paged again.
1252  *
1253  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1254  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1255  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1256  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1257  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1258  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1259  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1260  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1261  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1262  *      reused more quickly.
1263  *
1264  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1265  *      put clean pages on the cache queue.
1266  *
1267  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1268  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1269  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1270  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1271  *
1272  *      The page queues must be locked.
1273  *      This routine may not block.
1274  */
1275 void
1276 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1277 {
1278         int s;
1279
1280         s = splvm();
1281
1282         if (m->wire_count > 0) {
1283                 m->wire_count--;
1284                 if (m->wire_count == 0) {
1285                         cnt.v_wire_count--;
1286                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1287                                 ;
1288                         } else if (activate) {
1289                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1290                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1291                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1292                                 cnt.v_active_count++;
1293                         } else {
1294                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1295                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1296                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1297                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1298                                 cnt.v_inactive_count++;
1299                         }
1300                 }
1301         } else {
1302                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1303         }
1304         splx(s);
1305 }
1306
1307
1308 /*
1309  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1310  * any associated swap, the swap is deallocated.
1311  *
1312  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1313  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1314  * except without unmapping it from the process address space.
1315  *
1316  * This routine may not block.
1317  */
1318 static __inline void
1319 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1320 {
1321         int s;
1322
1323         /*
1324          * Ignore if already inactive.
1325          */
1326         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1327                 return;
1328
1329         s = splvm();
1330         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1331                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1332                         cnt.v_reactivated++;
1333                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1334                 vm_page_unqueue(m);
1335                 if (athead)
1336                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1337                 else
1338                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1339                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1340                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1341                 cnt.v_inactive_count++;
1342         }
1343         splx(s);
1344 }
1345
1346 void
1347 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1348 {
1349     _vm_page_deactivate(m, 0);
1350 }
1351
1352 /*
1353  * vm_page_try_to_cache:
1354  *
1355  * Returns 0 on failure, 1 on success
1356  */
1357 int
1358 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1359 {
1360         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1361             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1362                 return(0);
1363         }
1364         vm_page_test_dirty(m);
1365         if (m->dirty)
1366                 return(0);
1367         vm_page_cache(m);
1368         return(1);
1369 }
1370
1371 /*
1372  * vm_page_try_to_free()
1373  *
1374  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1375  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1376  */
1377
1378 int
1379 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1380 {
1381         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1382             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1383                 return(0);
1384         }
1385         vm_page_test_dirty(m);
1386         if (m->dirty)
1387                 return(0);
1388         vm_page_busy(m);
1389         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1390         vm_page_free(m);
1391         return(1);
1392 }
1393
1394
1395 /*
1396  * vm_page_cache
1397  *
1398  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1399  *
1400  * This routine may not block.
1401  */
1402 void
1403 vm_page_cache(vm_page_t m)
1404 {
1405         int s;
1406
1407         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1408                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1409                 return;
1410         }
1411         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1412                 return;
1413
1414         /*
1415          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1416          * writeable or mapped.
1417          */
1418
1419         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1420         if (m->dirty != 0) {
1421                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1422                         (long)m->pindex);
1423         }
1424         s = splvm();
1425         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1426         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1427         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1428         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1429         cnt.v_cache_count++;
1430         vm_page_free_wakeup();
1431         splx(s);
1432 }
1433
1434 /*
1435  * vm_page_dontneed
1436  *
1437  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1438  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1439  *
1440  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1441  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1442  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1443  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1444  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1445  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1446  *
1447  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1448  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1449  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1450  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1451  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1452  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1453  *      often.
1454  */
1455
1456 void
1457 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1458 {
1459         static int dnweight;
1460         int dnw;
1461         int head;
1462
1463         dnw = ++dnweight;
1464
1465         /*
1466          * occassionally leave the page alone
1467          */
1468
1469         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1470             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1471             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1472         ) {
1473                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1474                         --m->act_count;
1475                 return;
1476         }
1477
1478         if (m->dirty == 0)
1479                 vm_page_test_dirty(m);
1480
1481         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1482                 /*
1483                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1484                  */
1485                 head = 0;
1486         } else {
1487                 /*
1488                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1489                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1490                  * at the head of the queue instead of the tail.
1491                  */
1492                 head = 1;
1493         }
1494         _vm_page_deactivate(m, head);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1499  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1500  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1501  *
1502  * This routine may block.
1503  */
1504 vm_page_t
1505 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1506 {
1507
1508         vm_page_t m;
1509         int s, generation;
1510
1511 retrylookup:
1512         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1513                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1514                         generation = object->generation;
1515
1516                         s = splvm();
1517                         while ((object->generation == generation) &&
1518                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1519                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1520                                 tsleep(m, PVM, "pgrbwt", 0);
1521                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1522                                         splx(s);
1523                                         return NULL;
1524                                 }
1525                         }
1526                         splx(s);
1527                         goto retrylookup;
1528                 } else {
1529                         vm_page_busy(m);
1530                         return m;
1531                 }
1532         }
1533
1534         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1535         if (m == NULL) {
1536                 VM_WAIT;
1537                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1538                         return NULL;
1539                 goto retrylookup;
1540         }
1541
1542         return m;
1543 }
1544
1545 /*
1546  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1547  * a page.  May not block.
1548  *
1549  * Inputs are required to range within a page.
1550  */
1551
1552 __inline int
1553 vm_page_bits(int base, int size)
1554 {
1555         int first_bit;
1556         int last_bit;
1557
1558         KASSERT(
1559             base + size <= PAGE_SIZE,
1560             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1561         );
1562
1563         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1564                 return(0);
1565
1566         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1567         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1568
1569         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1570 }
1571
1572 /*
1573  *      vm_page_set_validclean:
1574  *
1575  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1576  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1577  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1578  *      such chunks will be zero'd.
1579  *
1580  *      This routine may not block.
1581  *
1582  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1583  */
1584 void
1585 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1586 {
1587         int pagebits;
1588         int frag;
1589         int endoff;
1590
1591         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1592                 return;
1593
1594         /*
1595          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1596          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1597          * first block.
1598          */
1599
1600         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1601             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1602         ) {
1603                 pmap_zero_page_area(
1604                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1605                     frag,
1606                     base - frag
1607                 );
1608         }
1609
1610         /*
1611          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1612          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1613          * the last block.
1614          */
1615
1616         endoff = base + size;
1617
1618         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1619             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1620         ) {
1621                 pmap_zero_page_area(
1622                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1623                     endoff,
1624                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1625                 );
1626         }
1627
1628         /*
1629          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1630          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1631          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1632          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1633          * be set again.
1634          *
1635          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1636          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1637          * the range.
1638          */
1639
1640         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1641         m->valid |= pagebits;
1642 #if 0   /* NOT YET */
1643         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1644                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1645                 base += frag;
1646                 size -= frag;
1647                 if (size < 0)
1648                     size = 0;
1649         }
1650         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1651 #endif
1652         m->dirty &= ~pagebits;
1653         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1654                 pmap_clear_modify(m);
1655                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1656         }
1657 }
1658
1659 #if 0
1660
1661 void
1662 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1663 {
1664         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1665 }
1666
1667 #endif
1668
1669 void
1670 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1671 {
1672         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1673 }
1674
1675 /*
1676  *      vm_page_set_invalid:
1677  *
1678  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1679  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1680  *
1681  *      May not block.
1682  */
1683 void
1684 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1685 {
1686         int bits;
1687
1688         bits = vm_page_bits(base, size);
1689         m->valid &= ~bits;
1690         m->dirty &= ~bits;
1691         m->object->generation++;
1692 }
1693
1694 /*
1695  * vm_page_zero_invalid()
1696  *
1697  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1698  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1699  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1700  *      page so user code sees what it expects.
1701  *
1702  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1703  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1704  */
1705
1706 void
1707 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1708 {
1709         int b;
1710         int i;
1711
1712         /*
1713          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1714          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1715          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1716          * vm_page_set_validclean().
1717          */
1718
1719         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1720                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1721                     (m->valid & (1 << i))
1722                 ) {
1723                         if (i > b) {
1724                                 pmap_zero_page_area(
1725                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1726                                     b << DEV_BSHIFT,
1727                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1728                                 );
1729                         }
1730                         b = i + 1;
1731                 }
1732         }
1733
1734         /*
1735          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1736          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1737          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1738          */
1739
1740         if (setvalid)
1741                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1742 }
1743
1744 /*
1745  *      vm_page_is_valid:
1746  *
1747  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1748  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1749  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1750  *
1751  *      May not block.
1752  */
1753
1754 int
1755 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1756 {
1757         int bits = vm_page_bits(base, size);
1758
1759         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1760                 return 1;
1761         else
1762                 return 0;
1763 }
1764
1765 /*
1766  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1767  */
1768
1769 void
1770 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1771 {
1772         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1773                 vm_page_dirty(m);
1774         }
1775 }
1776
1777 /*
1778  * This interface is for merging with malloc() someday.
1779  * Even if we never implement compaction so that contiguous allocation
1780  * works after initialization time, malloc()'s data structures are good
1781  * for statistics and for allocations of less than a page.
1782  */
1783 void *
1784 contigmalloc1(
1785         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1786         struct malloc_type *type,
1787         int flags,
1788         unsigned long low,
1789         unsigned long high,
1790         unsigned long alignment,
1791         unsigned long boundary,
1792         vm_map_t map)
1793 {
1794         int i, s, start;
1795         vm_offset_t addr, phys, tmp_addr;
1796         int pass;
1797         vm_page_t pga = vm_page_array;
1798
1799         size = round_page(size);
1800         if (size == 0)
1801                 panic("contigmalloc1: size must not be 0");
1802         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
1803                 panic("contigmalloc1: alignment must be a power of 2");
1804         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
1805                 panic("contigmalloc1: boundary must be a power of 2");
1806
1807         start = 0;
1808         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
1809                 s = splvm();
1810 again:
1811                 /*
1812                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
1813                  * such that the boundary won't be crossed.
1814                  */
1815                 for (i = start; i < cnt.v_page_count; i++) {
1816                         int pqtype;
1817                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
1818                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1819                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
1820                             (phys >= low) && (phys < high) &&
1821                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
1822                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
1823                                 break;
1824                 }
1825
1826                 /*
1827                  * If the above failed or we will exceed the upper bound, fail.
1828                  */
1829                 if ((i == cnt.v_page_count) ||
1830                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
1831                         vm_page_t m, next;
1832
1833 again1:
1834                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl);
1835                                 m != NULL;
1836                                 m = next) {
1837
1838                                 KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
1839                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_INACTIVE", m));
1840
1841                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1842                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
1843                                         goto again1;
1844                                 vm_page_test_dirty(m);
1845                                 if (m->dirty) {
1846                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1847                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1848                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1849                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1850                                                 goto again1;
1851                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1852                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1853                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1854                                                 goto again1;
1855                                         }
1856                                 }
1857                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1858                                         vm_page_cache(m);
1859                         }
1860
1861                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl);
1862                                 m != NULL;
1863                                 m = next) {
1864
1865                                 KASSERT(m->queue == PQ_ACTIVE,
1866                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_ACTIVE", m));
1867
1868                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1869                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw1"))
1870                                         goto again1;
1871                                 vm_page_test_dirty(m);
1872                                 if (m->dirty) {
1873                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1874                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1875                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1876                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1877                                                 goto again1;
1878                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1879                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1880                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1881                                                 goto again1;
1882                                         }
1883                                 }
1884                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1885                                         vm_page_cache(m);
1886                         }
1887
1888                         splx(s);
1889                         continue;
1890                 }
1891                 start = i;
1892
1893                 /*
1894                  * Check successive pages for contiguous and free.
1895                  */
1896                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1897                         int pqtype;
1898                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1899                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
1900                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
1901                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
1902                                 start++;
1903                                 goto again;
1904                         }
1905                 }
1906
1907                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1908                         int pqtype;
1909                         vm_page_t m = &pga[i];
1910
1911                         pqtype = m->queue - m->pc;
1912                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
1913                                 vm_page_busy(m);
1914                                 vm_page_free(m);
1915                         }
1916                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1917                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1918                         if (m->flags & PG_ZERO)
1919                                 vm_page_zero_count--;
1920                         m->flags = 0;
1921                         KASSERT(m->dirty == 0, ("contigmalloc1: page %p was dirty", m));
1922                         m->wire_count = 0;
1923                         m->busy = 0;
1924                         m->object = NULL;
1925                 }
1926
1927                 /*
1928                  * We've found a contiguous chunk that meets are requirements.
1929                  * Allocate kernel VM, unfree and assign the physical pages to it and
1930                  * return kernel VM pointer.
1931                  */
1932                 vm_map_lock(map);
1933                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) !=
1934                     KERN_SUCCESS) {
1935                         /*
1936                          * XXX We almost never run out of kernel virtual
1937                          * space, so we don't make the allocated memory
1938                          * above available.
1939                          */
1940                         vm_map_unlock(map);
1941                         splx(s);
1942                         return (NULL);
1943                 }
1944                 vm_object_reference(kernel_object);
1945                 vm_map_insert(map, kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
1946                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
1947                 vm_map_unlock(map);
1948
1949                 tmp_addr = addr;
1950                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1951                         vm_page_t m = &pga[i];
1952                         vm_page_insert(m, kernel_object,
1953                                 OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
1954                         tmp_addr += PAGE_SIZE;
1955                 }
1956                 vm_map_pageable(map, addr, addr + size, FALSE);
1957
1958                 splx(s);
1959                 return ((void *)addr);
1960         }
1961         return NULL;
1962 }
1963
1964 void *
1965 contigmalloc(
1966         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1967         struct malloc_type *type,
1968         int flags,
1969         unsigned long low,
1970         unsigned long high,
1971         unsigned long alignment,
1972         unsigned long boundary)
1973 {
1974         return contigmalloc1(size, type, flags, low, high, alignment, boundary,
1975                              kernel_map);
1976 }
1977
1978 void
1979 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
1980 {
1981         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
1982 }
1983
1984 vm_offset_t
1985 vm_page_alloc_contig(
1986         vm_offset_t size,
1987         vm_offset_t low,
1988         vm_offset_t high,
1989         vm_offset_t alignment)
1990 {
1991         return ((vm_offset_t)contigmalloc1(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low, high,
1992                                           alignment, 0ul, kernel_map));
1993 }
1994
1995 #include "opt_ddb.h"
1996 #ifdef DDB
1997 #include <sys/kernel.h>
1998
1999 #include <ddb/ddb.h>
2000
2001 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2002 {
2003         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
2004         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
2005         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
2006         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
2007         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
2008         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
2009         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
2010         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
2011         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
2012         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
2013 }
2014
2015 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2016 {
2017         int i;
2018         db_printf("PQ_FREE:");
2019         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2020                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
2021         }
2022         db_printf("\n");
2023                 
2024         db_printf("PQ_CACHE:");
2025         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2026                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
2027         }
2028         db_printf("\n");
2029
2030         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2031                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
2032                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
2033 }
2034 #endif /* DDB */