Initial import from FreeBSD RELENG_4:
[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  */
39
40 /*
41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
42  * All rights reserved.
43  *
44  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
45  *
46  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
47  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
48  * notice and this permission notice appear in all copies of the
49  * software, derivative works or modified versions, and any portions
50  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
51  *
52  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
53  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
54  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
55  *
56  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
57  *
58  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
59  *  School of Computer Science
60  *  Carnegie Mellon University
61  *  Pittsburgh PA 15213-3890
62  *
63  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
64  * rights to redistribute these changes.
65  */
66
67 /*
68  *      Resident memory management module.
69  */
70
71 #include <sys/param.h>
72 #include <sys/systm.h>
73 #include <sys/malloc.h>
74 #include <sys/proc.h>
75 #include <sys/vmmeter.h>
76 #include <sys/vnode.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_param.h>
80 #include <sys/lock.h>
81 #include <vm/vm_kern.h>
82 #include <vm/pmap.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_pager.h>
88 #include <vm/vm_extern.h>
89
90 static void     vm_page_queue_init (void);
91 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
92
93 /*
94  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
95  *      page structure.
96  */
97
98 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
99 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
100 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
101 static volatile int vm_page_bucket_generation;
102
103 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
104
105 static void
106 vm_page_queue_init(void) {
107         int i;
108
109         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
110                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &cnt.v_free_count;
111         }
112         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
113
114         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
115         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
116         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
117                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &cnt.v_cache_count;
118         }
119         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
120                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
121         }
122 }
123
124 vm_page_t vm_page_array = 0;
125 int vm_page_array_size = 0;
126 long first_page = 0;
127 int vm_page_zero_count = 0;
128
129 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
130 static void vm_page_free_wakeup (void);
131
132 /*
133  *      vm_set_page_size:
134  *
135  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
136  *      size.  Must be called before any use of page-size
137  *      dependent functions.
138  */
139 void
140 vm_set_page_size(void)
141 {
142         if (cnt.v_page_size == 0)
143                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
144         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
145                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
146 }
147
148 /*
149  *      vm_add_new_page:
150  *
151  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
152  *      Must be called at splhigh().
153  */
154 vm_page_t
155 vm_add_new_page(vm_offset_t pa)
156 {
157         vm_page_t m;
158
159         ++cnt.v_page_count;
160         ++cnt.v_free_count;
161         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
162         m->phys_addr = pa;
163         m->flags = 0;
164         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
165         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
166         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
167         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
168         return (m);
169 }
170
171 /*
172  *      vm_page_startup:
173  *
174  *      Initializes the resident memory module.
175  *
176  *      Allocates memory for the page cells, and
177  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
178  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
179  */
180
181 vm_offset_t
182 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
183 {
184         vm_offset_t mapped;
185         struct vm_page **bucket;
186         vm_size_t npages, page_range;
187         vm_offset_t new_end;
188         int i;
189         vm_offset_t pa;
190         int nblocks;
191         vm_offset_t last_pa;
192
193         /* the biggest memory array is the second group of pages */
194         vm_offset_t end;
195         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
196
197         vm_offset_t total;
198
199         total = 0;
200         biggestsize = 0;
201         biggestone = 0;
202         nblocks = 0;
203         vaddr = round_page(vaddr);
204
205         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
206                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
207                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
208         }
209
210         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
211                 int size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
212
213                 if (size > biggestsize) {
214                         biggestone = i;
215                         biggestsize = size;
216                 }
217                 ++nblocks;
218                 total += size;
219         }
220
221         end = phys_avail[biggestone+1];
222
223         /*
224          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
225          * and the inactive queue.
226          */
227
228         vm_page_queue_init();
229
230         /*
231          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
232          *
233          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
234          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
235          * the system.  
236          *
237          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
238          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
239          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
240          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
241          *
242          * Note: This computation can be tweaked if desired.
243          */
244         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
245         bucket = vm_page_buckets;
246         if (vm_page_bucket_count == 0) {
247                 vm_page_bucket_count = 1;
248                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
249                         vm_page_bucket_count <<= 1;
250         }
251         vm_page_bucket_count <<= 1;
252         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
253
254         /*
255          * Validate these addresses.
256          */
257         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
258         new_end = trunc_page(new_end);
259         mapped = round_page(vaddr);
260         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
261             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
262         vaddr = round_page(vaddr);
263         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
264
265         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
266                 *bucket = NULL;
267                 bucket++;
268         }
269
270         /*
271          * Compute the number of pages of memory that will be available for
272          * use (taking into account the overhead of a page structure per
273          * page).
274          */
275
276         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
277
278         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
279         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
280             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
281
282         end = new_end;
283         /*
284          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
285          * queue.
286          */
287         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
288         mapped = vaddr;
289
290         /*
291          * Validate these addresses.
292          */
293
294         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
295         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
296             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
297
298         /*
299          * Clear all of the page structures
300          */
301         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
302         vm_page_array_size = page_range;
303
304         /*
305          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
306          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
307          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
308          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
309          */
310         cnt.v_page_count = 0;
311         cnt.v_free_count = 0;
312         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
313                 pa = phys_avail[i];
314                 if (i == biggestone)
315                         last_pa = new_end;
316                 else
317                         last_pa = phys_avail[i + 1];
318                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
319                         vm_add_new_page(pa);
320                         pa += PAGE_SIZE;
321                 }
322         }
323         return (mapped);
324 }
325
326 /*
327  *      vm_page_hash:
328  *
329  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
330  *
331  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
332  *      This routine may not block.
333  *
334  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
335  *      out in the hash table without it costing us too much.
336  */
337 static __inline int
338 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
339 {
340         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
341
342         return(i & vm_page_hash_mask);
343 }
344
345 void
346 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
347 {
348         --mem->hold_count;
349         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
350         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
351                 vm_page_free_toq(mem);
352 }
353
354 /*
355  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
356  *
357  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
358  *
359  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
360  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
361  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
362  *      here so we *can't* do this anyway.
363  *
364  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
365  *      This routine may not block.
366  */
367
368 void
369 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
370 {
371         struct vm_page **bucket;
372
373         if (m->object != NULL)
374                 panic("vm_page_insert: already inserted");
375
376         /*
377          * Record the object/offset pair in this page
378          */
379
380         m->object = object;
381         m->pindex = pindex;
382
383         /*
384          * Insert it into the object_object/offset hash table
385          */
386
387         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
388         m->hnext = *bucket;
389         *bucket = m;
390         vm_page_bucket_generation++;
391
392         /*
393          * Now link into the object's list of backed pages.
394          */
395
396         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
397         object->generation++;
398
399         /*
400          * show that the object has one more resident page.
401          */
402
403         object->resident_page_count++;
404
405         /*
406          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
407          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
408          */
409         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
410                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
411 }
412
413 /*
414  *      vm_page_remove:
415  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
416  *
417  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
418  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
419  *      the backing store.
420  *
421  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
422  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
423  *      This routine may not block.
424  */
425
426 void
427 vm_page_remove(vm_page_t m)
428 {
429         vm_object_t object;
430
431         if (m->object == NULL)
432                 return;
433
434         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
435                 panic("vm_page_remove: page not busy");
436         }
437
438         /*
439          * Basically destroy the page.
440          */
441
442         vm_page_wakeup(m);
443
444         object = m->object;
445
446         /*
447          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
448          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
449          *
450          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
451          * buffers with vm_page_lookup().
452          */
453
454         {
455                 struct vm_page **bucket;
456
457                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
458                 while (*bucket != m) {
459                         if (*bucket == NULL)
460                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
461                         bucket = &(*bucket)->hnext;
462                 }
463                 *bucket = m->hnext;
464                 m->hnext = NULL;
465                 vm_page_bucket_generation++;
466         }
467
468         /*
469          * Now remove from the object's list of backed pages.
470          */
471
472         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
473
474         /*
475          * And show that the object has one fewer resident page.
476          */
477
478         object->resident_page_count--;
479         object->generation++;
480
481         m->object = NULL;
482 }
483
484 /*
485  *      vm_page_lookup:
486  *
487  *      Returns the page associated with the object/offset
488  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
489  *
490  *      NOTE: the code below does not lock.  It will operate properly if
491  *      an interrupt makes a change, but the generation algorithm will not 
492  *      operate properly in an SMP environment where both cpu's are able to run
493  *      kernel code simultaneously.
494  *
495  *      The object must be locked.  No side effects.
496  *      This routine may not block.
497  *      This is a critical path routine
498  */
499
500 vm_page_t
501 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
502 {
503         vm_page_t m;
504         struct vm_page **bucket;
505         int generation;
506
507         /*
508          * Search the hash table for this object/offset pair
509          */
510
511 retry:
512         generation = vm_page_bucket_generation;
513         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
514         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
515                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
516                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
517                                 goto retry;
518                         return (m);
519                 }
520         }
521         if (vm_page_bucket_generation != generation)
522                 goto retry;
523         return (NULL);
524 }
525
526 /*
527  *      vm_page_rename:
528  *
529  *      Move the given memory entry from its
530  *      current object to the specified target object/offset.
531  *
532  *      The object must be locked.
533  *      This routine may not block.
534  *
535  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
536  *
537  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
538  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
539  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
540  *            moving the page from object A to B, and will then later move
541  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
542  *
543  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
544  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
545  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
546  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
547  *            on the cache.
548  */
549
550 void
551 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
552 {
553         int s;
554
555         s = splvm();
556         vm_page_remove(m);
557         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
558         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
559                 vm_page_deactivate(m);
560         vm_page_dirty(m);
561         splx(s);
562 }
563
564 /*
565  * vm_page_unqueue_nowakeup:
566  *
567  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
568  *
569  *      This routine must be called at splhigh().
570  *      This routine may not block.
571  */
572
573 void
574 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
575 {
576         int queue = m->queue;
577         struct vpgqueues *pq;
578         if (queue != PQ_NONE) {
579                 pq = &vm_page_queues[queue];
580                 m->queue = PQ_NONE;
581                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
582                 (*pq->cnt)--;
583                 pq->lcnt--;
584         }
585 }
586
587 /*
588  * vm_page_unqueue:
589  *
590  *      Remove a page from its queue.
591  *
592  *      This routine must be called at splhigh().
593  *      This routine may not block.
594  */
595
596 void
597 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
598 {
599         int queue = m->queue;
600         struct vpgqueues *pq;
601         if (queue != PQ_NONE) {
602                 m->queue = PQ_NONE;
603                 pq = &vm_page_queues[queue];
604                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
605                 (*pq->cnt)--;
606                 pq->lcnt--;
607                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
608                         if (vm_paging_needed())
609                                 pagedaemon_wakeup();
610                 }
611         }
612 }
613
614 #if PQ_L2_SIZE > 1
615
616 /*
617  *      vm_page_list_find:
618  *
619  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
620  *
621  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
622  *      that does not overload other nearby pages in the object in
623  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
624  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
625  *      to be virtual.
626  *
627  *      This routine must be called at splvm().
628  *      This routine may not block.
629  *
630  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
631  *      in vm_page.h
632  */
633 vm_page_t
634 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
635 {
636         int i;
637         vm_page_t m = NULL;
638         struct vpgqueues *pq;
639
640         pq = &vm_page_queues[basequeue];
641
642         /*
643          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
644          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
645          * blown it by missing the cache case so we do not care.
646          */
647
648         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
649                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
650                         break;
651
652                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
653                         break;
654         }
655         return(m);
656 }
657
658 #endif
659
660 /*
661  *      vm_page_select_cache:
662  *
663  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
664  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
665  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
666  *
667  *      This routine must be called at splvm().
668  *      This routine may not block.
669  */
670 vm_page_t
671 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
672 {
673         vm_page_t m;
674
675         while (TRUE) {
676                 m = vm_page_list_find(
677                     PQ_CACHE,
678                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
679                     FALSE
680                 );
681                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
682                                m->hold_count || m->wire_count)) {
683                         vm_page_deactivate(m);
684                         continue;
685                 }
686                 return m;
687         }
688 }
689
690 /*
691  *      vm_page_select_free:
692  *
693  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
694  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
695  *      otherwise.
696  *
697  *      This routine must be called at splvm().
698  *      This routine may not block.
699  */
700
701 static __inline vm_page_t
702 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
703 {
704         vm_page_t m;
705
706         m = vm_page_list_find(
707                 PQ_FREE,
708                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
709                 prefer_zero
710         );
711         return(m);
712 }
713
714 /*
715  *      vm_page_alloc:
716  *
717  *      Allocate and return a memory cell associated
718  *      with this VM object/offset pair.
719  *
720  *      page_req classes:
721  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
722  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
723  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
724  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
725  *
726  *      Object must be locked.
727  *      This routine may not block.
728  *
729  *      Additional special handling is required when called from an
730  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
731  *      the page cache in this case.
732  */
733
734 vm_page_t
735 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
736 {
737         vm_page_t m = NULL;
738         int s;
739
740         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
741                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
742
743         /*
744          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
745          */
746
747         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
748                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
749         };
750
751         s = splvm();
752
753 loop:
754         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved) {
755                 /*
756                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
757                  * in it.
758                  */
759                 if (page_req == VM_ALLOC_ZERO)
760                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
761                 else
762                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
763         } else if (
764             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
765              cnt.v_cache_count == 0 && 
766              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
767             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)
768         ) {
769                 /*
770                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
771                  */
772                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
773         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
774                 /*
775                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
776                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
777                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
778                  */
779                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
780                 if (m == NULL) {
781                         splx(s);
782 #if defined(DIAGNOSTIC)
783                         if (cnt.v_cache_count > 0)
784                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
785 #endif
786                         vm_pageout_deficit++;
787                         pagedaemon_wakeup();
788                         return (NULL);
789                 }
790                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
791                 vm_page_busy(m);
792                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
793                 vm_page_free(m);
794                 goto loop;
795         } else {
796                 /*
797                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
798                  */
799                 splx(s);
800                 vm_pageout_deficit++;
801                 pagedaemon_wakeup();
802                 return (NULL);
803         }
804
805         /*
806          *  At this point we had better have found a good page.
807          */
808
809         KASSERT(
810             m != NULL,
811             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
812         );
813
814         /*
815          * Remove from free queue
816          */
817
818         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
819
820         /*
821          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
822          */
823
824         if (m->flags & PG_ZERO) {
825                 vm_page_zero_count--;
826                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
827         } else {
828                 m->flags = PG_BUSY;
829         }
830         m->wire_count = 0;
831         m->hold_count = 0;
832         m->act_count = 0;
833         m->busy = 0;
834         m->valid = 0;
835         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
836
837         /*
838          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
839          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
840          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
841          * anywhere.
842          */
843
844         vm_page_insert(m, object, pindex);
845
846         /*
847          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
848          * we would be nearly out of memory.
849          */
850         if (vm_paging_needed())
851                 pagedaemon_wakeup();
852
853         splx(s);
854
855         return (m);
856 }
857
858 /*
859  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
860  *
861  *      Block until free pages are available for allocation
862  *      - Called in various places before memory allocations.
863  */
864
865 void
866 vm_wait(void)
867 {
868         int s;
869
870         s = splvm();
871         if (curproc == pageproc) {
872                 vm_pageout_pages_needed = 1;
873                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "VMWait", 0);
874         } else {
875                 if (!vm_pages_needed) {
876                         vm_pages_needed = 1;
877                         wakeup(&vm_pages_needed);
878                 }
879                 tsleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
880         }
881         splx(s);
882 }
883
884 /*
885  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
886  *
887  *      Block until free pages are available for allocation
888  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
889  *        can be easily tracked.
890  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
891  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
892  *        this balance without careful testing first.
893  */
894
895 void
896 vm_waitpfault(void)
897 {
898         int s;
899
900         s = splvm();
901         if (!vm_pages_needed) {
902                 vm_pages_needed = 1;
903                 wakeup(&vm_pages_needed);
904         }
905         tsleep(&cnt.v_free_count, PUSER, "pfault", 0);
906         splx(s);
907 }
908
909 /*
910  *      vm_await:       (also see VM_AWAIT macro)
911  *
912  *      asleep on an event that will signal when free pages are available
913  *      for allocation.
914  */
915
916 void
917 vm_await(void)
918 {
919         int s;
920
921         s = splvm();
922         if (curproc == pageproc) {
923                 vm_pageout_pages_needed = 1;
924                 asleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "vmwait", 0);
925         } else {
926                 if (!vm_pages_needed) {
927                         vm_pages_needed++;
928                         wakeup(&vm_pages_needed);
929                 }
930                 asleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
931         }
932         splx(s);
933 }
934
935 #if 0
936 /*
937  *      vm_page_sleep:
938  *
939  *      Block until page is no longer busy.
940  */
941
942 int
943 vm_page_sleep(vm_page_t m, char *msg, char *busy) 
944 {
945         int slept = 0;
946         if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
947                 int s;
948                 s = splvm();
949                 if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
950                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED);
951                         tsleep(m, PVM, msg, 0);
952                         slept = 1;
953                 }
954                 splx(s);
955         }
956         return slept;
957 }
958
959 #endif
960
961 #if 0
962
963 /*
964  *      vm_page_asleep:
965  *
966  *      Similar to vm_page_sleep(), but does not block.  Returns 0 if
967  *      the page is not busy, or 1 if the page is busy.
968  *
969  *      This routine has the side effect of calling asleep() if the page
970  *      was busy (1 returned).
971  */
972
973 int
974 vm_page_asleep(vm_page_t m, char *msg, char *busy) 
975 {
976         int slept = 0;
977         if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
978                 int s;
979                 s = splvm();
980                 if ((busy && *busy) || (m->flags & PG_BUSY)) {
981                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED);
982                         asleep(m, PVM, msg, 0);
983                         slept = 1;
984                 }
985                 splx(s);
986         }
987         return slept;
988 }
989
990 #endif
991
992 /*
993  *      vm_page_activate:
994  *
995  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
996  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
997  *      mess with it.
998  *
999  *      The page queues must be locked.
1000  *      This routine may not block.
1001  */
1002 void
1003 vm_page_activate(vm_page_t m)
1004 {
1005         int s;
1006
1007         s = splvm();
1008         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
1009                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1010                         cnt.v_reactivated++;
1011
1012                 vm_page_unqueue(m);
1013
1014                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1015                         m->queue = PQ_ACTIVE;
1016                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1017                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1018                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1019                                 m->act_count = ACT_INIT;
1020                         cnt.v_active_count++;
1021                 }
1022         } else {
1023                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1024                         m->act_count = ACT_INIT;
1025         }
1026
1027         splx(s);
1028 }
1029
1030 /*
1031  *      vm_page_free_wakeup:
1032  *
1033  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1034  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1035  *      queues.
1036  *
1037  *      This routine may not block.
1038  *      This routine must be called at splvm()
1039  */
1040 static __inline void
1041 vm_page_free_wakeup(void)
1042 {
1043         /*
1044          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1045          * some free.
1046          */
1047         if (vm_pageout_pages_needed &&
1048             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1049                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1050                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1051         }
1052         /*
1053          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1054          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1055          * lots of memory. this process will swapin processes.
1056          */
1057         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1058                 vm_pages_needed = 0;
1059                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1060         }
1061 }
1062
1063 /*
1064  *      vm_page_free_toq:
1065  *
1066  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1067  *      disassociating it with any VM object.
1068  *
1069  *      Object and page must be locked prior to entry.
1070  *      This routine may not block.
1071  */
1072
1073 void
1074 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1075 {
1076         int s;
1077         struct vpgqueues *pq;
1078         vm_object_t object = m->object;
1079
1080         s = splvm();
1081
1082         cnt.v_tfree++;
1083
1084         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1085                 printf(
1086                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1087                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1088                     m->hold_count);
1089                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1090                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1091                 else
1092                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1093         }
1094
1095         /*
1096          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1097          * the page here because we do not want to call the pager's
1098          * callback routine until after we've put the page on the
1099          * appropriate free queue.
1100          */
1101
1102         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1103         vm_page_remove(m);
1104
1105         /*
1106          * If fictitious remove object association and
1107          * return, otherwise delay object association removal.
1108          */
1109
1110         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1111                 splx(s);
1112                 return;
1113         }
1114
1115         m->valid = 0;
1116         vm_page_undirty(m);
1117
1118         if (m->wire_count != 0) {
1119                 if (m->wire_count > 1) {
1120                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1121                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1122                 }
1123                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1124         }
1125
1126         /*
1127          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1128          * it up.
1129          */
1130
1131         if (object && 
1132             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1133             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1134         ) {
1135                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1136
1137                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1138                         vfree(vp);
1139         }
1140
1141         /*
1142          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1143          */
1144
1145         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1146             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1147         } else {
1148 #ifdef __alpha__
1149             pmap_page_is_free(m);
1150 #endif
1151         }
1152
1153         if (m->hold_count != 0) {
1154                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1155                 m->queue = PQ_HOLD;
1156         } else
1157                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1158         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1159         pq->lcnt++;
1160         ++(*pq->cnt);
1161
1162         /*
1163          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1164          * first ) and non-zerod pages at the head.
1165          */
1166
1167         if (m->flags & PG_ZERO) {
1168                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1169                 ++vm_page_zero_count;
1170         } else {
1171                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1172         }
1173
1174         vm_page_free_wakeup();
1175
1176         splx(s);
1177 }
1178
1179 /*
1180  *      vm_page_unmanage:
1181  *
1182  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1183  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1184  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1185  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1186  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1187  *      operate on the page.
1188  *
1189  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1190  *      will clear the flag.
1191  *
1192  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1193  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1194  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1195  *      mappings.
1196  */
1197
1198 void
1199 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1200 {
1201         int s;
1202
1203         s = splvm();
1204         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1205                 if (m->wire_count == 0)
1206                         vm_page_unqueue(m);
1207         }
1208         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1209         splx(s);
1210 }
1211
1212 /*
1213  *      vm_page_wire:
1214  *
1215  *      Mark this page as wired down by yet
1216  *      another map, removing it from paging queues
1217  *      as necessary.
1218  *
1219  *      The page queues must be locked.
1220  *      This routine may not block.
1221  */
1222 void
1223 vm_page_wire(vm_page_t m)
1224 {
1225         int s;
1226
1227         /*
1228          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1229          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1230          * it is already off the queues).
1231          */
1232         s = splvm();
1233         if (m->wire_count == 0) {
1234                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1235                         vm_page_unqueue(m);
1236                 cnt.v_wire_count++;
1237         }
1238         m->wire_count++;
1239         KASSERT(m->wire_count != 0,
1240             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1241
1242         splx(s);
1243         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1244 }
1245
1246 /*
1247  *      vm_page_unwire:
1248  *
1249  *      Release one wiring of this page, potentially
1250  *      enabling it to be paged again.
1251  *
1252  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1253  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1254  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1255  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1256  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1257  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1258  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1259  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1260  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1261  *      reused more quickly.
1262  *
1263  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1264  *      put clean pages on the cache queue.
1265  *
1266  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1267  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1268  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1269  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1270  *
1271  *      The page queues must be locked.
1272  *      This routine may not block.
1273  */
1274 void
1275 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1276 {
1277         int s;
1278
1279         s = splvm();
1280
1281         if (m->wire_count > 0) {
1282                 m->wire_count--;
1283                 if (m->wire_count == 0) {
1284                         cnt.v_wire_count--;
1285                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1286                                 ;
1287                         } else if (activate) {
1288                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1289                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1290                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1291                                 cnt.v_active_count++;
1292                         } else {
1293                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1294                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1295                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1296                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1297                                 cnt.v_inactive_count++;
1298                         }
1299                 }
1300         } else {
1301                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1302         }
1303         splx(s);
1304 }
1305
1306
1307 /*
1308  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1309  * any associated swap, the swap is deallocated.
1310  *
1311  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1312  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1313  * except without unmapping it from the process address space.
1314  *
1315  * This routine may not block.
1316  */
1317 static __inline void
1318 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1319 {
1320         int s;
1321
1322         /*
1323          * Ignore if already inactive.
1324          */
1325         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1326                 return;
1327
1328         s = splvm();
1329         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1330                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1331                         cnt.v_reactivated++;
1332                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1333                 vm_page_unqueue(m);
1334                 if (athead)
1335                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1336                 else
1337                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1338                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1339                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1340                 cnt.v_inactive_count++;
1341         }
1342         splx(s);
1343 }
1344
1345 void
1346 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1347 {
1348     _vm_page_deactivate(m, 0);
1349 }
1350
1351 /*
1352  * vm_page_try_to_cache:
1353  *
1354  * Returns 0 on failure, 1 on success
1355  */
1356 int
1357 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1358 {
1359         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1360             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1361                 return(0);
1362         }
1363         vm_page_test_dirty(m);
1364         if (m->dirty)
1365                 return(0);
1366         vm_page_cache(m);
1367         return(1);
1368 }
1369
1370 /*
1371  * vm_page_try_to_free()
1372  *
1373  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1374  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1375  */
1376
1377 int
1378 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1379 {
1380         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1381             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1382                 return(0);
1383         }
1384         vm_page_test_dirty(m);
1385         if (m->dirty)
1386                 return(0);
1387         vm_page_busy(m);
1388         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1389         vm_page_free(m);
1390         return(1);
1391 }
1392
1393
1394 /*
1395  * vm_page_cache
1396  *
1397  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1398  *
1399  * This routine may not block.
1400  */
1401 void
1402 vm_page_cache(vm_page_t m)
1403 {
1404         int s;
1405
1406         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1407                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1408                 return;
1409         }
1410         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1411                 return;
1412
1413         /*
1414          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1415          * writeable or mapped.
1416          */
1417
1418         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1419         if (m->dirty != 0) {
1420                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1421                         (long)m->pindex);
1422         }
1423         s = splvm();
1424         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1425         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1426         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1427         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1428         cnt.v_cache_count++;
1429         vm_page_free_wakeup();
1430         splx(s);
1431 }
1432
1433 /*
1434  * vm_page_dontneed
1435  *
1436  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1437  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1438  *
1439  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1440  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1441  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1442  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1443  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1444  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1445  *
1446  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1447  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1448  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1449  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1450  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1451  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1452  *      often.
1453  */
1454
1455 void
1456 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1457 {
1458         static int dnweight;
1459         int dnw;
1460         int head;
1461
1462         dnw = ++dnweight;
1463
1464         /*
1465          * occassionally leave the page alone
1466          */
1467
1468         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1469             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1470             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1471         ) {
1472                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1473                         --m->act_count;
1474                 return;
1475         }
1476
1477         if (m->dirty == 0)
1478                 vm_page_test_dirty(m);
1479
1480         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1481                 /*
1482                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1483                  */
1484                 head = 0;
1485         } else {
1486                 /*
1487                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1488                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1489                  * at the head of the queue instead of the tail.
1490                  */
1491                 head = 1;
1492         }
1493         _vm_page_deactivate(m, head);
1494 }
1495
1496 /*
1497  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1498  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1499  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1500  *
1501  * This routine may block.
1502  */
1503 vm_page_t
1504 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1505 {
1506
1507         vm_page_t m;
1508         int s, generation;
1509
1510 retrylookup:
1511         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1512                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1513                         generation = object->generation;
1514
1515                         s = splvm();
1516                         while ((object->generation == generation) &&
1517                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1518                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1519                                 tsleep(m, PVM, "pgrbwt", 0);
1520                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1521                                         splx(s);
1522                                         return NULL;
1523                                 }
1524                         }
1525                         splx(s);
1526                         goto retrylookup;
1527                 } else {
1528                         vm_page_busy(m);
1529                         return m;
1530                 }
1531         }
1532
1533         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1534         if (m == NULL) {
1535                 VM_WAIT;
1536                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1537                         return NULL;
1538                 goto retrylookup;
1539         }
1540
1541         return m;
1542 }
1543
1544 /*
1545  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1546  * a page.  May not block.
1547  *
1548  * Inputs are required to range within a page.
1549  */
1550
1551 __inline int
1552 vm_page_bits(int base, int size)
1553 {
1554         int first_bit;
1555         int last_bit;
1556
1557         KASSERT(
1558             base + size <= PAGE_SIZE,
1559             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1560         );
1561
1562         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1563                 return(0);
1564
1565         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1566         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1567
1568         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1569 }
1570
1571 /*
1572  *      vm_page_set_validclean:
1573  *
1574  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1575  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1576  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1577  *      such chunks will be zero'd.
1578  *
1579  *      This routine may not block.
1580  *
1581  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1582  */
1583 void
1584 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1585 {
1586         int pagebits;
1587         int frag;
1588         int endoff;
1589
1590         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1591                 return;
1592
1593         /*
1594          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1595          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1596          * first block.
1597          */
1598
1599         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1600             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1601         ) {
1602                 pmap_zero_page_area(
1603                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1604                     frag,
1605                     base - frag
1606                 );
1607         }
1608
1609         /*
1610          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1611          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1612          * the last block.
1613          */
1614
1615         endoff = base + size;
1616
1617         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1618             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1619         ) {
1620                 pmap_zero_page_area(
1621                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1622                     endoff,
1623                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1624                 );
1625         }
1626
1627         /*
1628          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1629          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1630          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1631          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1632          * be set again.
1633          *
1634          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1635          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1636          * the range.
1637          */
1638
1639         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1640         m->valid |= pagebits;
1641 #if 0   /* NOT YET */
1642         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1643                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1644                 base += frag;
1645                 size -= frag;
1646                 if (size < 0)
1647                     size = 0;
1648         }
1649         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1650 #endif
1651         m->dirty &= ~pagebits;
1652         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1653                 pmap_clear_modify(m);
1654                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1655         }
1656 }
1657
1658 #if 0
1659
1660 void
1661 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1662 {
1663         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1664 }
1665
1666 #endif
1667
1668 void
1669 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1670 {
1671         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1672 }
1673
1674 /*
1675  *      vm_page_set_invalid:
1676  *
1677  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1678  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1679  *
1680  *      May not block.
1681  */
1682 void
1683 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1684 {
1685         int bits;
1686
1687         bits = vm_page_bits(base, size);
1688         m->valid &= ~bits;
1689         m->dirty &= ~bits;
1690         m->object->generation++;
1691 }
1692
1693 /*
1694  * vm_page_zero_invalid()
1695  *
1696  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1697  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1698  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1699  *      page so user code sees what it expects.
1700  *
1701  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1702  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1703  */
1704
1705 void
1706 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1707 {
1708         int b;
1709         int i;
1710
1711         /*
1712          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1713          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1714          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1715          * vm_page_set_validclean().
1716          */
1717
1718         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1719                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1720                     (m->valid & (1 << i))
1721                 ) {
1722                         if (i > b) {
1723                                 pmap_zero_page_area(
1724                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1725                                     b << DEV_BSHIFT,
1726                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1727                                 );
1728                         }
1729                         b = i + 1;
1730                 }
1731         }
1732
1733         /*
1734          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1735          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1736          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1737          */
1738
1739         if (setvalid)
1740                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1741 }
1742
1743 /*
1744  *      vm_page_is_valid:
1745  *
1746  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1747  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1748  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1749  *
1750  *      May not block.
1751  */
1752
1753 int
1754 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1755 {
1756         int bits = vm_page_bits(base, size);
1757
1758         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1759                 return 1;
1760         else
1761                 return 0;
1762 }
1763
1764 /*
1765  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1766  */
1767
1768 void
1769 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1770 {
1771         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1772                 vm_page_dirty(m);
1773         }
1774 }
1775
1776 /*
1777  * This interface is for merging with malloc() someday.
1778  * Even if we never implement compaction so that contiguous allocation
1779  * works after initialization time, malloc()'s data structures are good
1780  * for statistics and for allocations of less than a page.
1781  */
1782 void *
1783 contigmalloc1(
1784         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1785         struct malloc_type *type,
1786         int flags,
1787         unsigned long low,
1788         unsigned long high,
1789         unsigned long alignment,
1790         unsigned long boundary,
1791         vm_map_t map)
1792 {
1793         int i, s, start;
1794         vm_offset_t addr, phys, tmp_addr;
1795         int pass;
1796         vm_page_t pga = vm_page_array;
1797
1798         size = round_page(size);
1799         if (size == 0)
1800                 panic("contigmalloc1: size must not be 0");
1801         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
1802                 panic("contigmalloc1: alignment must be a power of 2");
1803         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
1804                 panic("contigmalloc1: boundary must be a power of 2");
1805
1806         start = 0;
1807         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
1808                 s = splvm();
1809 again:
1810                 /*
1811                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
1812                  * such that the boundary won't be crossed.
1813                  */
1814                 for (i = start; i < cnt.v_page_count; i++) {
1815                         int pqtype;
1816                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
1817                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1818                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
1819                             (phys >= low) && (phys < high) &&
1820                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
1821                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
1822                                 break;
1823                 }
1824
1825                 /*
1826                  * If the above failed or we will exceed the upper bound, fail.
1827                  */
1828                 if ((i == cnt.v_page_count) ||
1829                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
1830                         vm_page_t m, next;
1831
1832 again1:
1833                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl);
1834                                 m != NULL;
1835                                 m = next) {
1836
1837                                 KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
1838                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_INACTIVE", m));
1839
1840                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1841                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
1842                                         goto again1;
1843                                 vm_page_test_dirty(m);
1844                                 if (m->dirty) {
1845                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1846                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1847                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1848                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1849                                                 goto again1;
1850                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1851                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1852                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1853                                                 goto again1;
1854                                         }
1855                                 }
1856                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1857                                         vm_page_cache(m);
1858                         }
1859
1860                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl);
1861                                 m != NULL;
1862                                 m = next) {
1863
1864                                 KASSERT(m->queue == PQ_ACTIVE,
1865                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_ACTIVE", m));
1866
1867                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1868                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw1"))
1869                                         goto again1;
1870                                 vm_page_test_dirty(m);
1871                                 if (m->dirty) {
1872                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1873                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curproc);
1874                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1875                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curproc);
1876                                                 goto again1;
1877                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1878                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1879                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1880                                                 goto again1;
1881                                         }
1882                                 }
1883                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1884                                         vm_page_cache(m);
1885                         }
1886
1887                         splx(s);
1888                         continue;
1889                 }
1890                 start = i;
1891
1892                 /*
1893                  * Check successive pages for contiguous and free.
1894                  */
1895                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1896                         int pqtype;
1897                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1898                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
1899                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
1900                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
1901                                 start++;
1902                                 goto again;
1903                         }
1904                 }
1905
1906                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1907                         int pqtype;
1908                         vm_page_t m = &pga[i];
1909
1910                         pqtype = m->queue - m->pc;
1911                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
1912                                 vm_page_busy(m);
1913                                 vm_page_free(m);
1914                         }
1915                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1916                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1917                         if (m->flags & PG_ZERO)
1918                                 vm_page_zero_count--;
1919                         m->flags = 0;
1920                         KASSERT(m->dirty == 0, ("contigmalloc1: page %p was dirty", m));
1921                         m->wire_count = 0;
1922                         m->busy = 0;
1923                         m->object = NULL;
1924                 }
1925
1926                 /*
1927                  * We've found a contiguous chunk that meets are requirements.
1928                  * Allocate kernel VM, unfree and assign the physical pages to it and
1929                  * return kernel VM pointer.
1930                  */
1931                 vm_map_lock(map);
1932                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, &addr) !=
1933                     KERN_SUCCESS) {
1934                         /*
1935                          * XXX We almost never run out of kernel virtual
1936                          * space, so we don't make the allocated memory
1937                          * above available.
1938                          */
1939                         vm_map_unlock(map);
1940                         splx(s);
1941                         return (NULL);
1942                 }
1943                 vm_object_reference(kernel_object);
1944                 vm_map_insert(map, kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
1945                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
1946                 vm_map_unlock(map);
1947
1948                 tmp_addr = addr;
1949                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1950                         vm_page_t m = &pga[i];
1951                         vm_page_insert(m, kernel_object,
1952                                 OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
1953                         tmp_addr += PAGE_SIZE;
1954                 }
1955                 vm_map_pageable(map, addr, addr + size, FALSE);
1956
1957                 splx(s);
1958                 return ((void *)addr);
1959         }
1960         return NULL;
1961 }
1962
1963 void *
1964 contigmalloc(
1965         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1966         struct malloc_type *type,
1967         int flags,
1968         unsigned long low,
1969         unsigned long high,
1970         unsigned long alignment,
1971         unsigned long boundary)
1972 {
1973         return contigmalloc1(size, type, flags, low, high, alignment, boundary,
1974                              kernel_map);
1975 }
1976
1977 void
1978 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
1979 {
1980         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
1981 }
1982
1983 vm_offset_t
1984 vm_page_alloc_contig(
1985         vm_offset_t size,
1986         vm_offset_t low,
1987         vm_offset_t high,
1988         vm_offset_t alignment)
1989 {
1990         return ((vm_offset_t)contigmalloc1(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low, high,
1991                                           alignment, 0ul, kernel_map));
1992 }
1993
1994 #include "opt_ddb.h"
1995 #ifdef DDB
1996 #include <sys/kernel.h>
1997
1998 #include <ddb/ddb.h>
1999
2000 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2001 {
2002         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
2003         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
2004         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
2005         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
2006         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
2007         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
2008         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
2009         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
2010         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
2011         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
2012 }
2013
2014 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2015 {
2016         int i;
2017         db_printf("PQ_FREE:");
2018         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2019                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
2020         }
2021         db_printf("\n");
2022                 
2023         db_printf("PQ_CACHE:");
2024         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2025                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
2026         }
2027         db_printf("\n");
2028
2029         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2030                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
2031                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
2032 }
2033 #endif /* DDB */