kernel - Fix more wiring / fictitious bugs w/recent VM work
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2019 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
10  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. 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  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
68  * A VM page is the core building block for memory management.
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 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/alist.h>
79 #include <sys/sysctl.h>
80 #include <sys/cpu_topology.h>
81
82 #include <vm/vm.h>
83 #include <vm/vm_param.h>
84 #include <sys/lock.h>
85 #include <vm/vm_kern.h>
86 #include <vm/pmap.h>
87 #include <vm/vm_map.h>
88 #include <vm/vm_object.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_pageout.h>
91 #include <vm/vm_pager.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/swap_pager.h>
94
95 #include <machine/inttypes.h>
96 #include <machine/md_var.h>
97 #include <machine/specialreg.h>
98 #include <machine/bus_dma.h>
99
100 #include <vm/vm_page2.h>
101 #include <sys/spinlock2.h>
102
103 /*
104  * SET - Minimum required set associative size, must be a power of 2.  We
105  *       want this to match or exceed the set-associativeness of the cpu.
106  *
107  * GRP - A larger set that allows bleed-over into the domains of other
108  *       nearby cpus.  Also must be a power of 2.  Used by the page zeroing
109  *       code to smooth things out a bit.
110  */
111 #define PQ_SET_ASSOC            16
112 #define PQ_SET_ASSOC_MASK       (PQ_SET_ASSOC - 1)
113
114 #define PQ_GRP_ASSOC            (PQ_SET_ASSOC * 2)
115 #define PQ_GRP_ASSOC_MASK       (PQ_GRP_ASSOC - 1)
116
117 static void vm_page_queue_init(void);
118 static void vm_page_free_wakeup(void);
119 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
120 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
121 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
122 static void vm_numa_add_topology_mem(cpu_node_t *cpup, int physid, long bytes);
123
124 /*
125  * Array of tailq lists
126  */
127 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
128
129 static volatile int vm_pages_waiting;
130 static struct alist vm_contig_alist;
131 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
132 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin, "vm_contig_spin");
133
134 static struct vm_page **vm_page_hash;
135
136 static u_long vm_dma_reserved = 0;
137 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
138 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
139             "Memory reserved for DMA");
140 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
141             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
142
143 static int vm_contig_verbose = 0;
144 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
145
146 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
147              vm_pindex_t, pindex);
148
149 static void
150 vm_page_queue_init(void) 
151 {
152         int i;
153
154         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
155                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt_offset =
156                         offsetof(struct vmstats, v_free_count);
157         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
158                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt_offset =
159                         offsetof(struct vmstats, v_cache_count);
160         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
161                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt_offset =
162                         offsetof(struct vmstats, v_inactive_count);
163         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
164                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt_offset =
165                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
166         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
167                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt_offset =
168                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
169         /* PQ_NONE has no queue */
170
171         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
172                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
173                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin, "vm_page_queue_init");
174         }
175 }
176
177 /*
178  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
179  */
180 vm_pindex_t first_page = 0;
181 vm_pindex_t vm_page_array_size = 0;
182 vm_page_t vm_page_array = NULL;
183 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
184
185 /*
186  * (low level boot)
187  *
188  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
189  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
190  */
191 void
192 vm_set_page_size(void)
193 {
194         if (vmstats.v_page_size == 0)
195                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
196         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
197                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
198 }
199
200 /*
201  * (low level boot)
202  *
203  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
204  * are added to both the head and tail of the associated free page
205  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
206  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
207  *
208  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
209  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
210  *
211  * Must be called in a critical section.
212  */
213 static void
214 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
215 {
216         struct vpgqueues *vpq;
217         vm_page_t m;
218
219         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
220         m->phys_addr = pa;
221         m->flags = 0;
222         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
223         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT);
224
225         /*
226          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
227          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
228          */
229         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE);
230         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE));
231         m->pc &= PQ_L2_MASK;
232
233         /*
234          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
235          * contigmalloc() to use.
236          */
237         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
238                 atomic_add_long(&vmstats.v_page_count, 1);
239                 atomic_add_long(&vmstats.v_dma_pages, 1);
240                 m->queue = PQ_NONE;
241                 m->wire_count = 1;
242                 atomic_add_long(&vmstats.v_wire_count, 1);
243                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
244                 return;
245         }
246
247         /*
248          * General page
249          */
250         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
251         KKASSERT(m->dirty == 0);
252
253         atomic_add_long(&vmstats.v_page_count, 1);
254         atomic_add_long(&vmstats.v_free_count, 1);
255         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
256         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
257         ++vpq->lcnt;
258 }
259
260 /*
261  * (low level boot)
262  *
263  * Initializes the resident memory module.
264  *
265  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
266  * kernel_map becoming available.
267  *
268  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
269  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
270  *
271  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
272  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
273  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
274  */
275 void
276 vm_page_startup(void)
277 {
278         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
279         vm_offset_t mapped;
280         vm_pindex_t npages;
281         vm_paddr_t page_range;
282         vm_paddr_t new_end;
283         int i;
284         vm_paddr_t pa;
285         vm_paddr_t last_pa;
286         vm_paddr_t end;
287         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
288         vm_paddr_t total;
289         vm_page_t m;
290
291         total = 0;
292         biggestsize = 0;
293         biggestone = 0;
294         vaddr = round_page(vaddr);
295
296         /*
297          * Make sure ranges are page-aligned.
298          */
299         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
300                 phys_avail[i].phys_beg = round_page64(phys_avail[i].phys_beg);
301                 phys_avail[i].phys_end = trunc_page64(phys_avail[i].phys_end);
302                 if (phys_avail[i].phys_end < phys_avail[i].phys_beg)
303                         phys_avail[i].phys_end = phys_avail[i].phys_beg;
304         }
305
306         /*
307          * Locate largest block
308          */
309         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
310                 vm_paddr_t size = phys_avail[i].phys_end -
311                                   phys_avail[i].phys_beg;
312
313                 if (size > biggestsize) {
314                         biggestone = i;
315                         biggestsize = size;
316                 }
317                 total += size;
318         }
319         --i;    /* adjust to last entry for use down below */
320
321         end = phys_avail[biggestone].phys_end;
322         end = trunc_page(end);
323
324         /*
325          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
326          * and the inactive queue.
327          */
328         vm_page_queue_init();
329
330 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
331         /*
332          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
333          * vm_page_dump
334          *
335          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
336          * needs to be included in a minidump.
337          *
338          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
339          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
340          *
341          * However, x86 still needs this workspace internally within the
342          * minidump code.  In theory, they are not needed on x86, but are
343          * included should the sf_buf code decide to use them.
344          */
345         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE;
346         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
347         end -= vm_page_dump_size;
348         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
349                                         VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
350         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
351 #endif
352         /*
353          * Compute the number of pages of memory that will be available for
354          * use (taking into account the overhead of a page structure per
355          * page).
356          */
357         first_page = phys_avail[0].phys_beg / PAGE_SIZE;
358         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE - first_page;
359         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
360
361 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
362         /*
363          * (only applies to real kernels)
364          *
365          * Reserve a large amount of low memory for potential 32-bit DMA
366          * space allocations.  Once device initialization is complete we
367          * release most of it, but keep (vm_dma_reserved) memory reserved
368          * for later use.  Typically for X / graphics.  Through trial and
369          * error we find that GPUs usually requires ~60-100MB or so.
370          *
371          * By default, 128M is left in reserve on machines with 2G+ of ram.
372          */
373         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
374         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
375                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
376         if (vm_dma_reserved == 0) {
377                 vm_dma_reserved = 128 * 1024 * 1024;    /* 128MB */
378                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
379                         vm_dma_reserved = total / 16;
380         }
381 #endif
382         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
383                    ALIST_RECORDS_65536);
384
385         /*
386          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
387          * queue.
388          */
389         if (bootverbose && ctob(physmem) >= 400LL*1024*1024*1024)
390                 kprintf("initializing vm_page_array ");
391         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
392         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
393         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
394
395 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
396         /*
397          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
398          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
399          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
400          */
401         for (pa = new_end;
402              pa < phys_avail[biggestone].phys_end;
403              pa += PAGE_SIZE) {
404                 dump_add_page(pa);
405         }
406 #endif
407
408         /*
409          * Clear all of the page structures, run basic initialization so
410          * PHYS_TO_VM_PAGE() operates properly even on pages not in the
411          * map.
412          */
413         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
414         vm_page_array_size = page_range;
415         if (bootverbose && ctob(physmem) >= 400LL*1024*1024*1024)
416                 kprintf("size = 0x%zx\n", vm_page_array_size);
417
418         m = &vm_page_array[0];
419         pa = ptoa(first_page);
420         for (i = 0; i < page_range; ++i) {
421                 spin_init(&m->spin, "vm_page");
422                 m->phys_addr = pa;
423                 pa += PAGE_SIZE;
424                 ++m;
425         }
426
427         /*
428          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
429          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
430          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
431          * the exhaustion of low physical memory before isa_dma_init has run.
432          */
433         vmstats.v_page_count = 0;
434         vmstats.v_free_count = 0;
435         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end && npages > 0; ++i) {
436                 pa = phys_avail[i].phys_beg;
437                 if (i == biggestone)
438                         last_pa = new_end;
439                 else
440                         last_pa = phys_avail[i].phys_end;
441                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
442                         vm_add_new_page(pa);
443                         pa += PAGE_SIZE;
444                 }
445         }
446         if (virtual2_start)
447                 virtual2_start = vaddr;
448         else
449                 virtual_start = vaddr;
450         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
451 }
452
453 /*
454  * (called from early boot only)
455  *
456  * Reorganize VM pages based on numa data.  May be called as many times as
457  * necessary.  Will reorganize the vm_page_t page color and related queue(s)
458  * to allow vm_page_alloc() to choose pages based on socket affinity.
459  *
460  * NOTE: This function is only called while we are still in UP mode, so
461  *       we only need a critical section to protect the queues (which
462  *       saves a lot of time, there are likely a ton of pages).
463  */
464 void
465 vm_numa_organize(vm_paddr_t ran_beg, vm_paddr_t bytes, int physid)
466 {
467         vm_paddr_t scan_beg;
468         vm_paddr_t scan_end;
469         vm_paddr_t ran_end;
470         struct vpgqueues *vpq;
471         vm_page_t m;
472         vm_page_t mend;
473         int socket_mod;
474         int socket_value;
475         int i;
476
477         /*
478          * Check if no physical information, or there was only one socket
479          * (so don't waste time doing nothing!).
480          */
481         if (cpu_topology_phys_ids <= 1 ||
482             cpu_topology_core_ids == 0) {
483                 return;
484         }
485
486         /*
487          * Setup for our iteration.  Note that ACPI may iterate CPU
488          * sockets starting at 0 or 1 or some other number.  The
489          * cpu_topology code mod's it against the socket count.
490          */
491         ran_end = ran_beg + bytes;
492
493         socket_mod = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
494         socket_value = (physid % cpu_topology_phys_ids) * socket_mod;
495         mend = &vm_page_array[vm_page_array_size];
496
497         crit_enter();
498
499         /*
500          * Adjust cpu_topology's phys_mem parameter
501          */
502         if (root_cpu_node)
503                 vm_numa_add_topology_mem(root_cpu_node, physid, (long)bytes);
504
505         /*
506          * Adjust vm_page->pc and requeue all affected pages.  The
507          * allocator will then be able to localize memory allocations
508          * to some degree.
509          */
510         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
511                 scan_beg = phys_avail[i].phys_beg;
512                 scan_end = phys_avail[i].phys_end;
513                 if (scan_end <= ran_beg)
514                         continue;
515                 if (scan_beg >= ran_end)
516                         continue;
517                 if (scan_beg < ran_beg)
518                         scan_beg = ran_beg;
519                 if (scan_end > ran_end)
520                         scan_end = ran_end;
521                 if (atop(scan_end) > first_page + vm_page_array_size)
522                         scan_end = ptoa(first_page + vm_page_array_size);
523
524                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(scan_beg);
525                 while (scan_beg < scan_end) {
526                         KKASSERT(m < mend);
527                         if (m->queue != PQ_NONE) {
528                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
529                                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
530                                 --vpq->lcnt;
531                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
532                                 m->queue -= m->pc;
533                                 m->pc %= socket_mod;
534                                 m->pc += socket_value;
535                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
536                                 m->queue += m->pc;
537                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
538                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
539                                 ++vpq->lcnt;
540                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
541                         } else {
542                                 m->pc %= socket_mod;
543                                 m->pc += socket_value;
544                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
545                         }
546                         scan_beg += PAGE_SIZE;
547                         ++m;
548                 }
549         }
550
551         crit_exit();
552 }
553
554 /*
555  * (called from early boot only)
556  *
557  * Don't allow the NUMA organization to leave vm_page_queues[] nodes
558  * completely empty for a logical cpu.  Doing so would force allocations
559  * on that cpu to always borrow from a nearby cpu, create unnecessary
560  * contention, and cause vm_page_alloc() to iterate more queues and run more
561  * slowly.
562  *
563  * This situation can occur when memory sticks are not entirely populated,
564  * populated at different densities, or in naturally assymetric systems
565  * such as the 2990WX.  There could very well be many vm_page_queues[]
566  * entries with *NO* pages assigned to them.
567  *
568  * Fixing this up ensures that each logical CPU has roughly the same
569  * sized memory pool, and more importantly ensures that logical CPUs
570  * do not wind up with an empty memory pool.
571  *
572  * At them moment we just iterate the other queues and borrow pages,
573  * moving them into the queues for cpus with severe deficits even though
574  * the memory might not be local to those cpus.  I am not doing this in
575  * a 'smart' way, its effectively UMA style (sorta, since its page-by-page
576  * whereas real UMA typically exchanges address bits 8-10 with high address
577  * bits).  But it works extremely well and gives us fairly good deterministic
578  * results on the cpu cores associated with these secondary nodes.
579  */
580 void
581 vm_numa_organize_finalize(void)
582 {
583         struct vpgqueues *vpq;
584         vm_page_t m;
585         long lcnt_lo;
586         long lcnt_hi;
587         int iter;
588         int i;
589         int scale_lim;
590
591         crit_enter();
592
593         /*
594          * Machines might not use an exact power of 2 for phys_ids,
595          * core_ids, ht_ids, etc.  This can slightly reduce the actual
596          * range of indices in vm_page_queues[] that are nominally used.
597          */
598         if (cpu_topology_ht_ids) {
599                 scale_lim = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
600                 scale_lim = scale_lim / cpu_topology_core_ids;
601                 scale_lim = scale_lim / cpu_topology_ht_ids;
602                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_ht_ids;
603                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_core_ids;
604                 scale_lim = scale_lim * cpu_topology_phys_ids;
605         } else {
606                 scale_lim = PQ_L2_SIZE;
607         }
608
609         /*
610          * Calculate an average, set hysteresis for balancing from
611          * 10% below the average to the average.
612          */
613         lcnt_hi = 0;
614         for (i = 0; i < scale_lim; ++i) {
615                 lcnt_hi += vm_page_queues[i].lcnt;
616         }
617         lcnt_hi /= scale_lim;
618         lcnt_lo = lcnt_hi - lcnt_hi / 10;
619
620         kprintf("vm_page: avg %ld pages per queue, %d queues\n",
621                 lcnt_hi, scale_lim);
622
623         iter = 0;
624         for (i = 0; i < scale_lim; ++i) {
625                 vpq = &vm_page_queues[PQ_FREE + i];
626                 while (vpq->lcnt < lcnt_lo) {
627                         struct vpgqueues *vptmp;
628
629                         iter = (iter + 1) & PQ_L2_MASK;
630                         vptmp = &vm_page_queues[PQ_FREE + iter];
631                         if (vptmp->lcnt < lcnt_hi)
632                                 continue;
633                         m = TAILQ_FIRST(&vptmp->pl);
634                         KKASSERT(m->queue == PQ_FREE + iter);
635                         TAILQ_REMOVE(&vptmp->pl, m, pageq);
636                         --vptmp->lcnt;
637                         /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
638                         m->queue -= m->pc;
639                         m->pc = i;
640                         m->queue += m->pc;
641                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
642                         ++vpq->lcnt;
643                 }
644         }
645         crit_exit();
646 }
647
648 static
649 void
650 vm_numa_add_topology_mem(cpu_node_t *cpup, int physid, long bytes)
651 {
652         int cpuid;
653         int i;
654
655         switch(cpup->type) {
656         case PACKAGE_LEVEL:
657                 cpup->phys_mem += bytes;
658                 break;
659         case CHIP_LEVEL:
660                 /*
661                  * All members should have the same chipid, so we only need
662                  * to pull out one member.
663                  */
664                 if (CPUMASK_TESTNZERO(cpup->members)) {
665                         cpuid = BSFCPUMASK(cpup->members);
666                         if (physid ==
667                             get_chip_ID_from_APICID(CPUID_TO_APICID(cpuid))) {
668                                 cpup->phys_mem += bytes;
669                         }
670                 }
671                 break;
672         case CORE_LEVEL:
673         case THREAD_LEVEL:
674                 /*
675                  * Just inherit from the parent node
676                  */
677                 cpup->phys_mem = cpup->parent_node->phys_mem;
678                 break;
679         }
680         for (i = 0; i < MAXCPU && cpup->child_node[i]; ++i)
681                 vm_numa_add_topology_mem(cpup->child_node[i], physid, bytes);
682 }
683
684 /*
685  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
686  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
687  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
688  * allocations.
689  *
690  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
691  */
692 static void
693 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
694 {
695         alist_blk_t blk;
696         alist_blk_t rblk;
697         alist_blk_t count;
698         alist_blk_t xcount;
699         alist_blk_t bfree;
700         vm_page_t m;
701         vm_page_t *mp;
702
703         spin_lock(&vm_contig_spin);
704         for (;;) {
705                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
706                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
707                         break;
708                 if (count == 0)
709                         break;
710
711                 /*
712                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
713                  * free in order to reach our target.
714                  */
715                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
716                 if (count > bfree) {
717                         blk += count - bfree;
718                         count = bfree;
719                 }
720
721                 /*
722                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
723                  */
724                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
725                         ;
726                 xcount >>= 1;
727                 blk += count - xcount;
728                 count = xcount;
729
730                 /*
731                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
732                  * the normal VM page queues.
733                  *
734                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
735                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
736                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
737                  * confusion.
738                  */
739                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
740                 if (rblk != blk) {
741                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
742                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
743                                 blk, count, rblk);
744                         break;
745                 }
746                 atomic_add_long(&vmstats.v_dma_pages, -(long)count);
747                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
748
749                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
750                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
751                 while (count) {
752                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
753                         vm_page_unwire(m, 0);
754                         vm_page_free(m);
755                         --count;
756                         ++m;
757                 }
758                 spin_lock(&vm_contig_spin);
759         }
760         spin_unlock(&vm_contig_spin);
761
762         /*
763          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
764          * how much is left over.
765          */
766         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
767                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
768                 (PAGE_SIZE / 1024),
769                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
770
771         /*
772          * hash table for vm_page_lookup_quick()
773          */
774         mp = (void *)kmem_alloc3(&kernel_map,
775                                  vm_page_array_size * sizeof(vm_page_t),
776                                  VM_SUBSYS_VMPGHASH, KM_CPU(0));
777         bzero(mp, vm_page_array_size * sizeof(vm_page_t));
778         cpu_sfence();
779         vm_page_hash = mp;
780 }
781 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
782         vm_page_startup_finish, NULL);
783
784
785 /*
786  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
787  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
788  */
789 int
790 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
791 {
792         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
793
794         if (p->pindex < info->start_pindex)
795                 return(-1);
796         if (p->pindex > info->end_pindex)
797                 return(1);
798         return(0);
799 }
800
801 int
802 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
803 {
804         if (p1->pindex < p2->pindex)
805                 return(-1);
806         if (p1->pindex > p2->pindex)
807                 return(1);
808         return(0);
809 }
810
811 void
812 vm_page_init(vm_page_t m)
813 {
814         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
815 }
816
817 /*
818  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
819  * allocating and freeing pages at least.
820  *
821  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
822  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
823  * unless both the page and queue are locked.
824  */
825 static __inline
826 void
827 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
828 {
829         u_short queue;
830
831         queue = m->queue;
832         if (queue != PQ_NONE) {
833                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
834                 KKASSERT(queue == m->queue);
835         }
836 }
837
838 static __inline
839 void
840 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
841 {
842         u_short queue;
843
844         queue = m->queue;
845         cpu_ccfence();
846         if (queue != PQ_NONE)
847                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
848 }
849
850 static __inline
851 void
852 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
853 {
854         cpu_ccfence();
855         if (queue != PQ_NONE)
856                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
857 }
858
859
860 static __inline
861 void
862 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
863 {
864         cpu_ccfence();
865         if (queue != PQ_NONE)
866                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
867 }
868
869 void
870 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
871 {
872         _vm_page_queue_spin_lock(m);
873 }
874
875 void
876 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
877 {
878         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
879 }
880
881 void
882 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
883 {
884         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
885 }
886
887 void
888 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
889 {
890         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
891 }
892
893 /*
894  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
895  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
896  * recheck on return.
897  */
898 static __inline
899 void
900 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
901 {
902         vm_page_spin_lock(m);
903         _vm_page_queue_spin_lock(m);
904 }
905
906 static __inline
907 void
908 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
909 {
910         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
911         vm_page_spin_unlock(m);
912 }
913
914 void
915 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
916 {
917         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
918 }
919
920 void
921 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
922 {
923         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
924 }
925
926 /*
927  * Helper function removes vm_page from its current queue.
928  * Returns the base queue the page used to be on.
929  *
930  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
931  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
932  */
933 static __inline u_short
934 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
935 {
936         struct vpgqueues *pq;
937         u_short queue;
938         u_short oqueue;
939         long *cnt;
940
941         queue = m->queue;
942         if (queue != PQ_NONE) {
943                 pq = &vm_page_queues[queue];
944                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
945
946                 /*
947                  * Adjust our pcpu stats.  In order for the nominal low-memory
948                  * algorithms to work properly we don't let any pcpu stat get
949                  * too negative before we force it to be rolled-up into the
950                  * global stats.  Otherwise our pageout and vm_wait tests
951                  * will fail badly.
952                  *
953                  * The idea here is to reduce unnecessary SMP cache
954                  * mastership changes in the global vmstats, which can be
955                  * particularly bad in multi-socket systems.
956                  */
957                 cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
958                 atomic_add_long(cnt, -1);
959                 if (*cnt < -VMMETER_SLOP_COUNT) {
960                         u_long copy = atomic_swap_long(cnt, 0);
961                         cnt = (long *)((char *)&vmstats + pq->cnt_offset);
962                         atomic_add_long(cnt, copy);
963                         cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats +
964                                       pq->cnt_offset);
965                         atomic_add_long(cnt, copy);
966                 }
967                 pq->lcnt--;
968                 m->queue = PQ_NONE;
969                 oqueue = queue;
970                 queue -= m->pc;
971                 vm_page_queues_spin_unlock(oqueue);     /* intended */
972         }
973         return queue;
974 }
975
976 /*
977  * Helper function places the vm_page on the specified queue.  Generally
978  * speaking only PQ_FREE pages are placed at the head, to allow them to
979  * be allocated sooner rather than later on the assumption that they
980  * are cache-hot.
981  *
982  * The vm_page must be spinlocked.
983  * The vm_page must NOT be FICTITIOUS (that would be a disaster)
984  * This function will return with both the page and the queue locked.
985  */
986 static __inline void
987 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
988 {
989         struct vpgqueues *pq;
990         u_long *cnt;
991
992         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0);
993
994         if (queue != PQ_NONE) {
995                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
996                 pq = &vm_page_queues[queue];
997                 ++pq->lcnt;
998
999                 /*
1000                  * Adjust our pcpu stats.  If a system entity really needs
1001                  * to incorporate the count it will call vmstats_rollup()
1002                  * to roll it all up into the global vmstats strufture.
1003                  */
1004                 cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
1005                 atomic_add_long(cnt, 1);
1006
1007                 /*
1008                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
1009                  * cache-hot pages to programs.
1010                  */
1011                 m->queue = queue;
1012                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
1013                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1014                 } else if (athead) {
1015                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1016                 } else {
1017                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1018                 }
1019                 /* leave the queue spinlocked */
1020         }
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Wait until page is no longer BUSY.  If also_m_busy is TRUE we wait
1025  * until the page is no longer BUSY or SBUSY (busy_count field is 0).
1026  *
1027  * Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we did not.  Only one sleep
1028  * call will be made before returning.
1029  *
1030  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
1031  * guaranteed to be available.
1032  */
1033 void
1034 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
1035 {
1036         u_int32_t busy_count;
1037
1038         for (;;) {
1039                 busy_count = m->busy_count;
1040                 cpu_ccfence();
1041
1042                 if ((busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0 &&
1043                     (also_m_busy == 0 || (busy_count & PBUSY_MASK) == 0)) {
1044                         break;
1045                 }
1046                 tsleep_interlock(m, 0);
1047                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1048                                       busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1049                         atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1050                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1051                         break;
1052                 }
1053         }
1054 }
1055
1056 /*
1057  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
1058  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
1059  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
1060  * is used if it was probed.
1061  *
1062  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
1063  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
1064  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
1065  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
1066  * hardware cache management performance.
1067  *
1068  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
1069  */
1070 u_short
1071 vm_get_pg_color(int cpuid, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1072 {
1073         u_short pg_color;
1074         int object_pg_color;
1075
1076         /*
1077          * WARNING! cpu_topology_core_ids might not be a power of two.
1078          *          We also shouldn't make assumptions about
1079          *          cpu_topology_phys_ids either.
1080          *
1081          * WARNING! ncpus might not be known at this time (during early
1082          *          boot), and might be set to 1.
1083          *
1084          * General format: [phys_id][core_id][cpuid][set-associativity]
1085          * (but uses modulo, so not necessarily precise bit masks)
1086          */
1087         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
1088
1089         if (cpu_topology_ht_ids) {
1090                 int phys_id;
1091                 int core_id;
1092                 int ht_id;
1093                 int physcale;
1094                 int grpscale;
1095                 int cpuscale;
1096
1097                 /*
1098                  * Translate cpuid to socket, core, and hyperthread id.
1099                  */
1100                 phys_id = get_cpu_phys_id(cpuid);
1101                 core_id = get_cpu_core_id(cpuid);
1102                 ht_id = get_cpu_ht_id(cpuid);
1103
1104                 /*
1105                  * Calculate pg_color for our array index.
1106                  *
1107                  * physcale - socket multiplier.
1108                  * grpscale - core multiplier (cores per socket)
1109                  * cpu*     - cpus per core
1110                  *
1111                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1112                  *          initialized and may be set to (1).
1113                  *
1114                  * WARNING! physcale must match the organization that
1115                  *          vm_numa_organize() creates to ensure that
1116                  *          we properly localize allocations to the
1117                  *          requested cpuid.
1118                  */
1119                 physcale = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
1120                 grpscale = physcale / cpu_topology_core_ids;
1121                 cpuscale = grpscale / cpu_topology_ht_ids;
1122
1123                 pg_color = phys_id * physcale;
1124                 pg_color += core_id * grpscale;
1125                 pg_color += ht_id * cpuscale;
1126                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1127
1128 #if 0
1129                 if (grpsize >= 8) {
1130                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1131                 } else {
1132                         if (grpsize <= 2) {
1133                                 grpsize = 8;
1134                         } else {
1135                                 /* 3->9, 4->8, 5->10, 6->12, 7->14 */
1136                                 grpsize += grpsize;
1137                                 if (grpsize < 8)
1138                                         grpsize += grpsize;
1139                         }
1140                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1141                 }
1142 #endif
1143         } else {
1144                 /*
1145                  * Unknown topology, distribute things evenly.
1146                  *
1147                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1148                  *          initialized and may be set to (1).
1149                  */
1150                 int cpuscale;
1151
1152                 cpuscale = PQ_L2_SIZE / ncpus;
1153
1154                 pg_color = cpuid * cpuscale;
1155                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1156         }
1157         return (pg_color & PQ_L2_MASK);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * Wait until BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
1162  * also wait for m->busy_count to become 0 before setting PBUSY_LOCKED.
1163  */
1164 void
1165 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
1166                                      int also_m_busy, const char *msg
1167                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1168 {
1169         u_int32_t busy_count;
1170
1171         for (;;) {
1172                 busy_count = m->busy_count;
1173                 cpu_ccfence();
1174                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1175                         tsleep_interlock(m, 0);
1176                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1177                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1178                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1179                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1180                         }
1181                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1182                         tsleep_interlock(m, 0);
1183                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1184                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1185                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1186                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1187                         }
1188                 } else {
1189                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1190                                               busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1191 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1192                                 m->busy_func = func;
1193                                 m->busy_line = lineno;
1194 #endif
1195                                 break;
1196                         }
1197                 }
1198         }
1199 }
1200
1201 /*
1202  * Attempt to set BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if
1203  * m->busy_count is also 0.
1204  *
1205  * Returns non-zero on failure.
1206  */
1207 int
1208 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
1209                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1210 {
1211         u_int32_t busy_count;
1212
1213         for (;;) {
1214                 busy_count = m->busy_count;
1215                 cpu_ccfence();
1216                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED)
1217                         return TRUE;
1218                 if (also_m_busy && (busy_count & PBUSY_MASK) != 0)
1219                         return TRUE;
1220                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1221                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1222 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1223                                 m->busy_func = func;
1224                                 m->busy_line = lineno;
1225 #endif
1226                         return FALSE;
1227                 }
1228         }
1229 }
1230
1231 /*
1232  * Clear the BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
1233  * that a wakeup() should be performed.
1234  *
1235  * (inline version)
1236  */
1237 static __inline
1238 int
1239 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1240 {
1241         u_int32_t busy_count;
1242
1243         busy_count = m->busy_count;
1244         cpu_ccfence();
1245         for (;;) {
1246                 if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_count, &busy_count,
1247                                       busy_count &
1248                                       ~(PBUSY_LOCKED | PBUSY_WANTED))) {
1249                         return((int)(busy_count & PBUSY_WANTED));
1250                 }
1251         }
1252         /* not reached */
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Clear the BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
1257  * is typically the last call you make on a page before moving onto
1258  * other things.
1259  */
1260 void
1261 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1262 {
1263         KASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED,
1264                 ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
1265         if (_vm_page_wakeup(m))
1266                 wakeup(m);
1267 }
1268
1269 /*
1270  * Hold a page, preventing reuse.  This is typically only called on pages
1271  * in a known state (either held busy, special, or interlocked in some
1272  * manner).  Holding a page does not ensure that it remains valid, it only
1273  * prevents reuse.  The page must not already be on the FREE queue or in
1274  * any danger of being moved to the FREE queue concurrent with this call.
1275  *
1276  * Other parts of the system can still disassociate the page from its object
1277  * and attempt to free it, or perform read or write I/O on it and/or otherwise
1278  * manipulate the page, but if the page is held the VM system will leave the
1279  * page and its data intact and not cycle it through the FREE queue until
1280  * the last hold has been released.
1281  *
1282  * (see vm_page_wire() if you want to prevent the page from being
1283  *  disassociated from its object too).
1284  */
1285 void
1286 vm_page_hold(vm_page_t m)
1287 {
1288         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1289         KKASSERT(m->queue - m->pc != PQ_FREE);
1290 #if 0
1291         vm_page_spin_lock(m);
1292         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1293         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
1294                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1295                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1296                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1297                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1298         }
1299         vm_page_spin_unlock(m);
1300 #endif
1301 }
1302
1303 /*
1304  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
1305  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
1306  *
1307  * To avoid racing against vm_page_free*() we must re-test conditions
1308  * after obtaining the spin-lock.  The initial test can also race a
1309  * vm_page_free*() that is in the middle of moving a page to PQ_HOLD,
1310  * leaving the page on PQ_HOLD with hold_count == 0.  Rather than
1311  * throw a spin-lock in the critical path, we rely on the pageout
1312  * daemon to clean-up these loose ends.
1313  *
1314  * More critically, the 'easy movement' between queues without busying
1315  * a vm_page is only allowed for PQ_FREE<->PQ_HOLD.
1316  */
1317 void
1318 vm_page_unhold(vm_page_t m)
1319 {
1320         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
1321                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or "
1322                  "on FREE queue (%d)",
1323                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
1324
1325         if (atomic_fetchadd_int(&m->hold_count, -1) == 1 &&
1326             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1327                 vm_page_spin_lock(m);
1328                 if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1329                         _vm_page_queue_spin_lock(m);
1330                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1331                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
1332                         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1333                 }
1334                 vm_page_spin_unlock(m);
1335         }
1336 }
1337
1338 /*
1339  * Create a fictitious page with the specified physical address and
1340  * memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1341  * dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1342  */
1343 void
1344 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1345 {
1346
1347         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1348                 /*
1349                  * The page's memattr might have changed since the
1350                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1351                  * new memattr.
1352                  */
1353                 goto memattr;
1354         }
1355         m->phys_addr = paddr;
1356         m->queue = PQ_NONE;
1357         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1358         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1359         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED;
1360         m->busy_count = PBUSY_LOCKED;
1361         m->wire_count = 1;
1362         spin_init(&m->spin, "fake_page");
1363         pmap_page_init(m);
1364 memattr:
1365         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1366 }
1367
1368 /*
1369  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1370  *
1371  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1372  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1373  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1374  * here so we *can't* do this anyway.
1375  *
1376  * This routine may not block.
1377  * This routine must be called with the vm_object held.
1378  * This routine must be called with a critical section held.
1379  *
1380  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1381  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1382  */
1383 int
1384 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1385 {
1386         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1387         if (m->object != NULL)
1388                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1389
1390         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1391
1392         /*
1393          * Record the object/offset pair in this page and add the
1394          * pv_list_count of the page to the object.
1395          *
1396          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1397          */
1398         vm_page_spin_lock(m);
1399         m->object = object;
1400         m->pindex = pindex;
1401         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1402                 m->object = NULL;
1403                 m->pindex = 0;
1404                 vm_page_spin_unlock(m);
1405                 return FALSE;
1406         }
1407         ++object->resident_page_count;
1408         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1409         vm_page_spin_unlock(m);
1410
1411         /*
1412          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1413          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1414          */
1415         if ((m->valid & m->dirty) ||
1416             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1417                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1418
1419         /*
1420          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1421          */
1422         swap_pager_page_inserted(m);
1423         return TRUE;
1424 }
1425
1426 /*
1427  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1428  *
1429  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1430  * This routine may not block.
1431  *
1432  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1433  * No other requirements.
1434  *
1435  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1436  *       it busy.
1437  */
1438 void
1439 vm_page_remove(vm_page_t m)
1440 {
1441         vm_object_t object;
1442
1443         if (m->object == NULL) {
1444                 return;
1445         }
1446
1447         if ((m->busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0)
1448                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1449
1450         object = m->object;
1451
1452         vm_object_hold(object);
1453
1454         /*
1455          * Remove the page from the object and update the object.
1456          *
1457          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1458          */
1459         vm_page_spin_lock(m);
1460         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1461         --object->resident_page_count;
1462         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1463         m->object = NULL;
1464         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1465         vm_page_spin_unlock(m);
1466
1467         vm_object_drop(object);
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Calculate the hash position for the vm_page hash heuristic.
1472  */
1473 static __inline
1474 struct vm_page **
1475 vm_page_hash_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1476 {
1477         size_t hi;
1478
1479         hi = (uintptr_t)object % (uintptr_t)vm_page_array_size + pindex;
1480         hi %= vm_page_array_size;
1481         return (&vm_page_hash[hi]);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Heuristical page lookup that does not require any locks.  Returns
1486  * a soft-busied page on success, NULL on failure.
1487  *
1488  * Caller must lookup the page the slow way if NULL is returned.
1489  */
1490 vm_page_t
1491 vm_page_hash_get(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1492 {
1493         struct vm_page **mp;
1494         vm_page_t m;
1495
1496         if (vm_page_hash == NULL)
1497                 return NULL;
1498         mp = vm_page_hash_hash(object, pindex);
1499         m = *mp;
1500         cpu_ccfence();
1501         if (m == NULL)
1502                 return NULL;
1503         if (m->object != object || m->pindex != pindex)
1504                 return NULL;
1505         if (vm_page_sbusy_try(m))
1506                 return NULL;
1507         if (m->object != object || m->pindex != pindex) {
1508                 vm_page_wakeup(m);
1509                 return NULL;
1510         }
1511         return m;
1512 }
1513
1514 /*
1515  * Enter page onto vm_page_hash[].  This is a heuristic, SMP collisions
1516  * are allowed.
1517  */
1518 static __inline
1519 void
1520 vm_page_hash_enter(vm_page_t m)
1521 {
1522         struct vm_page **mp;
1523
1524         if (vm_page_hash &&
1525             m > &vm_page_array[0] &&
1526             m < &vm_page_array[vm_page_array_size]) {
1527                 mp = vm_page_hash_hash(m->object, m->pindex);
1528                 if (*mp != m)
1529                         *mp = m;
1530         }
1531 }
1532
1533 /*
1534  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1535  * page could not be found.
1536  *
1537  * The caller must hold the vm_object token.
1538  */
1539 vm_page_t
1540 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1541 {
1542         vm_page_t m;
1543
1544         /*
1545          * Search the hash table for this object/offset pair
1546          */
1547         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1548         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1549         if (m) {
1550                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1551                 vm_page_hash_enter(m);
1552         }
1553         return(m);
1554 }
1555
1556 vm_page_t
1557 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1558                                             vm_pindex_t pindex,
1559                                             int also_m_busy, const char *msg
1560                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1561 {
1562         u_int32_t busy_count;
1563         vm_page_t m;
1564
1565         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1566         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1567         while (m) {
1568                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1569                 busy_count = m->busy_count;
1570                 cpu_ccfence();
1571                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1572                         tsleep_interlock(m, 0);
1573                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1574                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1575                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1576                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1577                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1578                                                               pindex);
1579                         }
1580                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1581                         tsleep_interlock(m, 0);
1582                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1583                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1584                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1585                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1586                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1587                                                               pindex);
1588                         }
1589                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1590                                              busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1591 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1592                         m->busy_func = func;
1593                         m->busy_line = lineno;
1594 #endif
1595                         vm_page_hash_enter(m);
1596                         break;
1597                 }
1598         }
1599         return m;
1600 }
1601
1602 /*
1603  * Attempt to lookup and busy a page.
1604  *
1605  * Returns NULL if the page could not be found
1606  *
1607  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1608  * be busied.
1609  *
1610  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1611  */
1612 vm_page_t
1613 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1614                                            vm_pindex_t pindex,
1615                                            int also_m_busy, int *errorp
1616                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1617 {
1618         u_int32_t busy_count;
1619         vm_page_t m;
1620
1621         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1622         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1623         *errorp = FALSE;
1624         while (m) {
1625                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1626                 busy_count = m->busy_count;
1627                 cpu_ccfence();
1628                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1629                         *errorp = TRUE;
1630                         break;
1631                 }
1632                 if (also_m_busy && busy_count) {
1633                         *errorp = TRUE;
1634                         break;
1635                 }
1636                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1637                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1638 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1639                         m->busy_func = func;
1640                         m->busy_line = lineno;
1641 #endif
1642                         vm_page_hash_enter(m);
1643                         break;
1644                 }
1645         }
1646         return m;
1647 }
1648
1649 /*
1650  * Returns a page that is only soft-busied for use by the caller in
1651  * a read-only fashion.  Returns NULL if the page could not be found,
1652  * the soft busy could not be obtained, or the page data is invalid.
1653  */
1654 vm_page_t
1655 vm_page_lookup_sbusy_try(struct vm_object *object, vm_pindex_t pindex,
1656                          int pgoff, int pgbytes)
1657 {
1658         vm_page_t m;
1659
1660         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1661         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1662         if (m) {
1663                 if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1664                      !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1665                     (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1666                         m = NULL;
1667                 } else if (vm_page_sbusy_try(m)) {
1668                         m = NULL;
1669                 } else if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1670                             !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1671                            (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1672                         vm_page_sbusy_drop(m);
1673                         m = NULL;
1674                 } else {
1675                         vm_page_hash_enter(m);
1676                 }
1677         }
1678         return m;
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Caller must hold the related vm_object
1683  */
1684 vm_page_t
1685 vm_page_next(vm_page_t m)
1686 {
1687         vm_page_t next;
1688
1689         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1690         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1691                 next = NULL;
1692         return (next);
1693 }
1694
1695 /*
1696  * vm_page_rename()
1697  *
1698  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1699  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1700  * on return.
1701  *
1702  * new_object must be held.
1703  * This routine might block. XXX ?
1704  *
1705  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1706  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1707  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1708  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1709  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1710  *
1711  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1712  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1713  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1714  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1715  *       on the cache.
1716  */
1717 void
1718 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1719 {
1720         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
1721         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1722         if (m->object) {
1723                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1724                 vm_page_remove(m);
1725         }
1726         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1727                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1728                       new_object, new_pindex);
1729         }
1730         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1731                 vm_page_deactivate(m);
1732         vm_page_dirty(m);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1737  * is to remain BUSYied by the caller.
1738  *
1739  * This routine may not block.
1740  */
1741 void
1742 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1743 {
1744         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1745         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1746         vm_page_spin_unlock(m);
1747 }
1748
1749 /*
1750  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1751  * if necessary.
1752  *
1753  * This routine may not block.
1754  */
1755 void
1756 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1757 {
1758         u_short queue;
1759
1760         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1761         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1762         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1763                 vm_page_spin_unlock(m);
1764                 pagedaemon_wakeup();
1765         } else {
1766                 vm_page_spin_unlock(m);
1767         }
1768 }
1769
1770 /*
1771  * vm_page_list_find()
1772  *
1773  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1774  *
1775  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1776  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1777  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1778  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1779  *
1780  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1781  * memory to cpus and physical sockets.
1782  *
1783  * Each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock and the
1784  * algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1785  * This is done by 'twisting' the colors.
1786  *
1787  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1788  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not BUSY'd.  The caller
1789  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1790  * deactivating the page and looping).
1791  *
1792  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1793  *        is available for outside callers but the only critical path is
1794  *        from within this source file.
1795  *
1796  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1797  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1798  *        first, then queue.
1799  */
1800 static __inline
1801 vm_page_t
1802 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1803 {
1804         struct vpgqueues *pq;
1805         vm_page_t m;
1806
1807         index &= PQ_L2_MASK;
1808         pq = &vm_page_queues[basequeue + index];
1809
1810         /*
1811          * Try this cpu's colored queue first.  Test for a page unlocked,
1812          * then lock the queue and locate a page.  Note that the lock order
1813          * is reversed, but we do not want to dwadle on the page spinlock
1814          * anyway as it is held significantly longer than the queue spinlock.
1815          */
1816         if (TAILQ_FIRST(&pq->pl)) {
1817                 spin_lock(&pq->spin);
1818                 TAILQ_FOREACH(m, &pq->pl, pageq) {
1819                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1820                                 continue;
1821                         KKASSERT(m->queue == basequeue + index);
1822                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1823                         return(m);
1824                 }
1825                 spin_unlock(&pq->spin);
1826         }
1827
1828         /*
1829          * If we are unable to get a page, do a more involved NUMA-aware
1830          * search.
1831          */
1832         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1833         return(m);
1834 }
1835
1836 /*
1837  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1838  * a nearby (NUMA-aware) queue.
1839  */
1840 static vm_page_t
1841 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1842 {
1843         struct vpgqueues *pq;
1844         vm_page_t m = NULL;
1845         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1846         int pqi;
1847         int i;
1848
1849         index &= PQ_L2_MASK;
1850         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1851
1852         /*
1853          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1854          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1855          *
1856          * Test each queue unlocked first, then lock the queue and locate
1857          * a page.  Note that the lock order is reversed, but we do not want
1858          * to dwadle on the page spinlock anyway as it is held significantly
1859          * longer than the queue spinlock.
1860          */
1861         do {
1862                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1863                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1864                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1865                         if (TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl)) {
1866                                 spin_lock(&pq[pqi].spin);
1867                                 TAILQ_FOREACH(m, &pq[pqi].pl, pageq) {
1868                                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1869                                                 continue;
1870                                         KKASSERT(m->queue == basequeue + pqi);
1871                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1872                                         return(m);
1873                                 }
1874                                 spin_unlock(&pq[pqi].spin);
1875                         }
1876                 }
1877         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1878
1879         return(m);
1880 }
1881
1882 /*
1883  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1884  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1885  * deactivate it if it cannot be busied!)
1886  *
1887  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1888  */
1889 vm_page_t
1890 vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1891 {
1892         return(_vm_page_list_find(basequeue, index));
1893 }
1894
1895 /*
1896  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1897  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1898  *
1899  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1900  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1901  *
1902  * This routine may not block.
1903  *
1904  */
1905 static vm_page_t
1906 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1907 {
1908         vm_page_t m;
1909
1910         for (;;) {
1911                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1912                 if (m == NULL)
1913                         break;
1914                 /*
1915                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1916                  */
1917                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1918                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1919                         vm_page_spin_unlock(m);
1920                 } else {
1921                         /*
1922                          * We successfully busied the page
1923                          */
1924                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1925                             m->hold_count == 0 &&
1926                             m->wire_count == 0 &&
1927                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1928                                 vm_page_spin_unlock(m);
1929                                 pagedaemon_wakeup();
1930                                 return(m);
1931                         }
1932
1933                         /*
1934                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1935                          */
1936                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1937                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1938                                 vm_page_spin_unlock(m);
1939                                 wakeup(m);
1940                         } else {
1941                                 vm_page_spin_unlock(m);
1942                         }
1943                 }
1944         }
1945         return (m);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Find a free page.  We attempt to inline the nominal case and fall back
1950  * to _vm_page_select_free() otherwise.  A busied page is removed from
1951  * the queue and returned.
1952  *
1953  * This routine may not block.
1954  */
1955 static __inline vm_page_t
1956 vm_page_select_free(u_short pg_color)
1957 {
1958         vm_page_t m;
1959
1960         for (;;) {
1961                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1962                 if (m == NULL)
1963                         break;
1964                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1965                         /*
1966                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1967                          * result in a busy page on the free queue.  We
1968                          * have to move the page out of the way so we can
1969                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1970                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1971                          * the pageout daemon will free the page later on.
1972                          *
1973                          * Since we could not busy the page, however, we
1974                          * cannot make assumptions as to whether the page
1975                          * will be allocated by the other thread or not,
1976                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1977                          * of the way.  In particular, if the other thread
1978                          * wires the page it may wind up on the inactive
1979                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1980                          * with that case too.
1981                          */
1982                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1983                         vm_page_spin_unlock(m);
1984                 } else {
1985                         /*
1986                          * Theoretically if we are able to busy the page
1987                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1988                          * lock) nobody else should have been able to mess
1989                          * with the page before us.
1990                          *
1991                          * Assert the page state.  Note that even though
1992                          * wiring doesn't adjust queues, a page on the free
1993                          * queue should never be wired at this point.
1994                          */
1995                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1996                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1997                         KASSERT(m->hold_count == 0,
1998                                 ("m->hold_count is not zero "
1999                                  "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
2000                                  m, m->queue, m->flags,
2001                                  m->hold_count, m->wire_count));
2002                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
2003                         vm_page_spin_unlock(m);
2004                         pagedaemon_wakeup();
2005
2006                         /* return busied and removed page */
2007                         return(m);
2008                 }
2009         }
2010         return(m);
2011 }
2012
2013 /*
2014  * vm_page_alloc()
2015  *
2016  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
2017  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
2018  *
2019  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
2020  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
2021  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
2022  *
2023  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
2024  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
2025  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
2026  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
2027  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
2028  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
2029  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
2030  *                              (see vm_page_grab())
2031  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
2032  *
2033  *      VM_ALLOC_CPU(n)         allocate using specified cpu localization
2034  *
2035  * The object must be held if not NULL
2036  * This routine may not block
2037  *
2038  * Additional special handling is required when called from an interrupt
2039  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
2040  * in this case.
2041  */
2042 vm_page_t
2043 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
2044 {
2045         globaldata_t gd;
2046         vm_object_t obj;
2047         vm_page_t m;
2048         u_short pg_color;
2049         int cpuid_local;
2050
2051 #if 0
2052         /*
2053          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
2054          * and pre-zerod for us.
2055          */
2056         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
2057                 crit_enter_gd(gd);
2058                 if (gd->gd_vmpg_count) {
2059                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
2060                         crit_exit_gd(gd);
2061                         goto done;
2062                 }
2063                 crit_exit_gd(gd);
2064         }
2065 #endif
2066         m = NULL;
2067
2068         /*
2069          * CPU LOCALIZATION
2070          *
2071          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
2072          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
2073          * id, and core_id != gd_cpuid).
2074          *
2075          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
2076          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
2077          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
2078          *
2079          * (may be executed before the APs are started, so other GDs might
2080          *  not exist!)
2081          */
2082         if (page_req & VM_ALLOC_CPU_SPEC)
2083                 cpuid_local = VM_ALLOC_GETCPU(page_req);
2084         else
2085                 cpuid_local = mycpu->gd_cpuid;
2086
2087         pg_color = vm_get_pg_color(cpuid_local, object, pindex);
2088
2089         KKASSERT(page_req & 
2090                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
2091                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2092
2093         /*
2094          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
2095          * allowed to eat deeper into the free page list.
2096          */
2097         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
2098                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
2099
2100         /*
2101          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
2102          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
2103          * livelocks, be careful.
2104          */
2105 loop:
2106         gd = mycpu;
2107         if (gd->gd_vmstats.v_free_count >= gd->gd_vmstats.v_free_reserved ||
2108             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) &&
2109              gd->gd_vmstats.v_free_count > 0) ||
2110             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) &&
2111              gd->gd_vmstats.v_cache_count == 0 &&
2112                 gd->gd_vmstats.v_free_count >
2113                 gd->gd_vmstats.v_interrupt_free_min)
2114         ) {
2115                 /*
2116                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
2117                  */
2118                 m = vm_page_select_free(pg_color);
2119         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
2120                 /*
2121                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
2122                  * success, we must free the page and try again, thus
2123                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
2124                  */
2125 #ifdef INVARIANTS
2126                 if (curthread->td_preempted) {
2127                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
2128                                 " cache page from preempting interrupt\n");
2129                         m = NULL;
2130                 } else {
2131                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
2132                 }
2133 #else
2134                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
2135 #endif
2136                 /*
2137                  * On success move the page into the free queue and loop.
2138                  *
2139                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
2140                  * because this is effectively a random page and the caller
2141                  * might be holding the lock shared, we don't want to
2142                  * deadlock.
2143                  */
2144                 if (m != NULL) {
2145                         KASSERT(m->dirty == 0,
2146                                 ("Found dirty cache page %p", m));
2147                         if ((obj = m->object) != NULL) {
2148                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
2149                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2150                                         vm_page_free(m);
2151                                         /* m->object NULL here */
2152                                         vm_object_drop(obj);
2153                                 } else {
2154                                         vm_page_deactivate(m);
2155                                         vm_page_wakeup(m);
2156                                 }
2157                         } else {
2158                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2159                                 vm_page_free(m);
2160                         }
2161                         goto loop;
2162                 }
2163
2164                 /*
2165                  * On failure return NULL
2166                  */
2167                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2168                 pagedaemon_wakeup();
2169                 return (NULL);
2170         } else {
2171                 /*
2172                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
2173                  */
2174                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2175                 pagedaemon_wakeup();
2176                 return (NULL);
2177         }
2178
2179         /*
2180          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
2181          * page.
2182          */
2183         if (m == NULL) {
2184                 vmstats_rollup();
2185                 goto loop;
2186         }
2187
2188         /*
2189          * Good page found.  The page has already been busied for us and
2190          * removed from its queues.
2191          */
2192         KASSERT(m->dirty == 0,
2193                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
2194         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2195
2196 #if 0
2197 done:
2198 #endif
2199         /*
2200          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
2201          * all the rest.  The page has already been busied for us.
2202          */
2203         vm_page_flag_clear(m, ~PG_KEEP_NEWPAGE_MASK);
2204
2205         KKASSERT(m->wire_count == 0);
2206         KKASSERT((m->busy_count & PBUSY_MASK) == 0);
2207         m->act_count = 0;
2208         m->valid = 0;
2209
2210         /*
2211          * Caller must be holding the object lock (asserted by
2212          * vm_page_insert()).
2213          *
2214          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
2215          *       (which could cause us to block allocating memory).
2216          *
2217          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
2218          *       can be used by the caller for any purpose.
2219          */
2220         if (object) {
2221                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
2222                         vm_page_free(m);
2223                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
2224                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
2225                                       object, (long)pindex, m);
2226                         m = NULL;
2227                 }
2228         } else {
2229                 m->pindex = pindex;
2230         }
2231
2232         /*
2233          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
2234          * we would be nearly out of memory.
2235          */
2236         pagedaemon_wakeup();
2237
2238         /*
2239          * A BUSY page is returned.
2240          */
2241         return (m);
2242 }
2243
2244 /*
2245  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
2246  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
2247  */
2248 vm_size_t
2249 vm_contig_avail_pages(void)
2250 {
2251         alist_blk_t blk;
2252         alist_blk_t count;
2253         alist_blk_t bfree;
2254         spin_lock(&vm_contig_spin);
2255         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
2256         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2257
2258         return bfree;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
2263  * requirements.
2264  */
2265 vm_page_t
2266 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2267                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
2268                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
2269 {
2270         alist_blk_t blk;
2271         vm_page_t m;
2272         vm_pindex_t i;
2273 #if 0
2274         static vm_pindex_t contig_rover;
2275 #endif
2276
2277         alignment >>= PAGE_SHIFT;
2278         if (alignment == 0)
2279                 alignment = 1;
2280         boundary >>= PAGE_SHIFT;
2281         if (boundary == 0)
2282                 boundary = 1;
2283         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2284
2285 #if 0
2286         /*
2287          * Disabled temporarily until we find a solution for DRM (a flag
2288          * to always use the free space reserve, for performance).
2289          */
2290         if (high == BUS_SPACE_MAXADDR && alignment <= PAGE_SIZE &&
2291             boundary <= PAGE_SIZE && size == 1 &&
2292             memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2293                 /*
2294                  * Any page will work, use vm_page_alloc()
2295                  * (e.g. when used from kmem_alloc_attr())
2296                  */
2297                 m = vm_page_alloc(NULL, (contig_rover++) & 0x7FFFFFFF,
2298                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2299                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2300                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2301                 vm_page_wire(m);
2302                 vm_page_wakeup(m);
2303         } else
2304 #endif
2305         {
2306                 /*
2307                  * Use the low-memory dma reserve
2308                  */
2309                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2310                 blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
2311                 if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
2312                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2313                         if (bootverbose) {
2314                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
2315                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024);
2316                                 print_backtrace(5);
2317                         }
2318                         return(NULL);
2319                 }
2320                 if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
2321                         alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
2322                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2323                         if (bootverbose) {
2324                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
2325                                         "%016jx failed\n",
2326                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2327                                         (intmax_t)high);
2328                         }
2329                         return(NULL);
2330                 }
2331                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2332                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
2333         }
2334         if (vm_contig_verbose) {
2335                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk "
2336                         "(%016jx-%016jx al=%lu bo=%lu pgs=%lu attr=%d\n",
2337                         (intmax_t)m->phys_addr,
2338                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2339                         low, high, alignment, boundary, size, memattr);
2340         }
2341         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2342                 for (i = 0;i < size; i++)
2343                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
2344         }
2345         return m;
2346 }
2347
2348 /*
2349  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
2350  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
2351  */
2352 void
2353 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
2354 {
2355         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2356         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
2357         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2358
2359         if (vm_contig_verbose) {
2360                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
2361                         (intmax_t)pa, size / 1024);
2362         }
2363         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
2364                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
2365                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2366                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
2367                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2368         } else {
2369                 while (pages) {
2370                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
2371                         vm_page_unwire(m, 0);
2372                         vm_page_free(m);
2373                         --pages;
2374                         ++m;
2375                 }
2376
2377         }
2378 }
2379
2380
2381 /*
2382  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
2383  * operations.
2384  *
2385  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
2386  *           will trivially deadlock the system.
2387  */
2388 void
2389 vm_wait_nominal(void)
2390 {
2391         while (vm_page_count_min(0))
2392                 vm_wait(0);
2393 }
2394
2395 /*
2396  * Test if vm_wait_nominal() would block.
2397  */
2398 int
2399 vm_test_nominal(void)
2400 {
2401         if (vm_page_count_min(0))
2402                 return(1);
2403         return(0);
2404 }
2405
2406 /*
2407  * Block until free pages are available for allocation, called in various
2408  * places before memory allocations.
2409  *
2410  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
2411  * more generous then that.
2412  */
2413 void
2414 vm_wait(int timo)
2415 {
2416         /*
2417          * never wait forever
2418          */
2419         if (timo == 0)
2420                 timo = hz;
2421         lwkt_gettoken(&vm_token);
2422
2423         if (curthread == pagethread ||
2424             curthread == emergpager) {
2425                 /*
2426                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
2427                  */
2428                 if (vm_page_count_min(0)) {
2429                         vm_pageout_pages_needed = 1;
2430                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
2431                 }
2432         } else {
2433                 /*
2434                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2435                  *
2436                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2437                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
2438                  * But wait a little to try to slow down page allocations
2439                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
2440                  * allocation priority.
2441                  */
2442                 if (vm_page_count_target()) {
2443                         if (vm_pages_needed == 0) {
2444                                 vm_pages_needed = 1;
2445                                 wakeup(&vm_pages_needed);
2446                         }
2447                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2448                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
2449                 }
2450         }
2451         lwkt_reltoken(&vm_token);
2452 }
2453
2454 /*
2455  * Block until free pages are available for allocation
2456  *
2457  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
2458  * easily tracked.
2459  */
2460 void
2461 vm_wait_pfault(void)
2462 {
2463         /*
2464          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2465          *
2466          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2467          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2468          * But wait a little to try to slow down page allocations
2469          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2470          * allocation priority.
2471          */
2472         if (vm_page_count_min(0)) {
2473                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2474                 while (vm_page_count_severe()) {
2475                         if (vm_page_count_target()) {
2476                                 thread_t td;
2477
2478                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2479                                         vm_pages_needed = 1;
2480                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2481                                 }
2482                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2483                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2484
2485                                 /*
2486                                  * Do not stay stuck in the loop if the system is trying
2487                                  * to kill the process.
2488                                  */
2489                                 td = curthread;
2490                                 if (td->td_proc && (td->td_proc->p_flags & P_LOWMEMKILL))
2491                                         break;
2492                         }
2493                 }
2494                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2495         }
2496 }
2497
2498 /*
2499  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2500  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2501  *
2502  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2503  * This routine may not block.
2504  */
2505 void
2506 vm_page_activate(vm_page_t m)
2507 {
2508         u_short oqueue;
2509
2510         vm_page_spin_lock(m);
2511         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE && !(m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
2512                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2513                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2514                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2515
2516                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2517                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2518                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2519                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2520                                 m->act_count = ACT_INIT;
2521                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2522                 }
2523                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2524                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2525                         pagedaemon_wakeup();
2526         } else {
2527                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2528                         m->act_count = ACT_INIT;
2529                 vm_page_spin_unlock(m);
2530         }
2531 }
2532
2533 /*
2534  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2535  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2536  * queues.
2537  *
2538  * This routine may not block.
2539  */
2540 static __inline void
2541 vm_page_free_wakeup(void)
2542 {
2543         globaldata_t gd = mycpu;
2544
2545         /*
2546          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2547          * there are some free.
2548          */
2549         if (vm_pageout_pages_needed &&
2550             gd->gd_vmstats.v_cache_count + gd->gd_vmstats.v_free_count >=
2551             gd->gd_vmstats.v_pageout_free_min
2552         ) {
2553                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2554                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2555         }
2556
2557         /*
2558          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2559          *
2560          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2561          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2562          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2563          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2564          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2565          * normal target.
2566          */
2567         if (vm_pages_waiting) {
2568                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2569                     !vm_page_count_target()) {
2570                         vm_pages_waiting = 0;
2571                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2572                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2573                 }
2574 #if 0
2575                 if (!vm_page_count_target()) {
2576                         /*
2577                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2578                          */
2579                         vm_pages_waiting = 0;
2580                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2581                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2582                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2583                         /*
2584                          * Some pages are free, wakeup someone.
2585                          */
2586                         int wcount = vm_pages_waiting;
2587                         if (wcount > 0)
2588                                 --wcount;
2589                         vm_pages_waiting = wcount;
2590                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2591                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2592                 }
2593 #endif
2594         }
2595 }
2596
2597 /*
2598  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2599  * it from its VM object.
2600  *
2601  * The vm_page must be BUSY on entry.  BUSY will be released on
2602  * return (the page will have been freed).
2603  */
2604 void
2605 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2606 {
2607         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2608         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2609         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2610
2611         if ((m->busy_count & PBUSY_MASK) || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2612                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy %08x, "
2613                         "hold(%d)\n",
2614                         (u_long)m->pindex, m->busy_count, m->hold_count);
2615                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2616                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2617                 else
2618                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2619         }
2620
2621         /*
2622          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2623          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2624          * after this section (because the page was removed from any
2625          * queue).
2626          */
2627         vm_page_remove(m);
2628
2629         /*
2630          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2631          * and queue removal.
2632          */
2633         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2634                 KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2635                 vm_page_wakeup(m);
2636                 return;
2637         }
2638         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2639         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2640
2641         m->valid = 0;
2642         vm_page_undirty(m);
2643
2644         if (m->wire_count != 0) {
2645                 if (m->wire_count > 1) {
2646                     panic(
2647                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2648                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2649                 }
2650                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2651         }
2652
2653         /*
2654          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2655          * Clear the NEED_COMMIT flag
2656          */
2657         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2658                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2659         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2660                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2661
2662         if (m->hold_count != 0) {
2663                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2664         } else {
2665                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
2666         }
2667
2668         /*
2669          * This sequence allows us to clear BUSY while still holding
2670          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2671          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2672          * deadlock.
2673          */
2674         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2675         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2676                 vm_page_spin_unlock(m);
2677                 wakeup(m);
2678         } else {
2679                 vm_page_spin_unlock(m);
2680         }
2681         vm_page_free_wakeup();
2682 }
2683
2684 /*
2685  * vm_page_unmanage()
2686  *
2687  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2688  * also removed from the paging queues, and as a consequence of no longer
2689  * being managed the pageout daemon will not touch it (since there is no
2690  * way to locate the pte mappings for the page).  madvise() calls that
2691  * mess with the pmap will also no longer operate on the page.
2692  *
2693  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2694  * will clear the flag.
2695  *
2696  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2697  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2698  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2699  * mappings.
2700  *
2701  * Caller must be holding the page busy.
2702  */
2703 void
2704 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2705 {
2706         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2707         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2708                 vm_page_unqueue(m);
2709         }
2710         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Mark this page as wired down by yet another map.  We do not adjust the
2715  * queue the page is on, it will be checked for wiring as-needed.
2716  *
2717  * Caller must be holding the page busy.
2718  */
2719 void
2720 vm_page_wire(vm_page_t m)
2721 {
2722         /*
2723          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2724          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2725          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2726          * pages because they are always wired.
2727          */
2728         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2729         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2730                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2731                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, 1);
2732                 }
2733                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2734                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2735         }
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2740  *
2741  * Note that wired pages are no longer unconditionally removed from the
2742  * paging queues, so the page may already be on a queue.  Move the page
2743  * to the desired queue if necessary.
2744  *
2745  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2746  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2747  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2748  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2749  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2750  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2751  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2752  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2753  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2754  * reused more quickly.
2755  *
2756  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2757  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2758  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2759  *
2760  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2761  * put clean pages on the cache queue.
2762  *
2763  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2764  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2765  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2766  * dirty pages in the cache are not allowed.
2767  *
2768  * This routine may not block.
2769  */
2770 void
2771 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2772 {
2773         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2774         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2775                 /* do nothing */
2776         } else if ((int)m->wire_count <= 0) {
2777                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2778         } else {
2779                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2780                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count,-1);
2781                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2782                                 ;
2783                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2784                                 vm_page_activate(m);
2785 #if 0
2786                                 vm_page_spin_lock(m);
2787                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2788                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2789                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2790 #endif
2791                         } else {
2792                                 vm_page_deactivate(m);
2793 #if 0
2794                                 vm_page_spin_lock(m);
2795                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2796                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2797                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2798                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2799 #endif
2800                         }
2801                 }
2802         }
2803 }
2804
2805 /*
2806  * Move the specified page to the inactive queue.
2807  *
2808  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2809  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2810  * except without unmapping it from the process address space.
2811  *
2812  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2813  * This routine may not block.  The caller does not have to hold the page
2814  * busied but should have some sort of interlock on its validity.
2815  */
2816 static void
2817 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2818 {
2819         u_short oqueue;
2820
2821         /*
2822          * Ignore if already inactive.
2823          */
2824         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2825                 return;
2826         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2827         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2828
2829         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2830                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2831                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2832                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2833                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2834                 if (athead == 0) {
2835                         atomic_add_long(
2836                                 &vm_page_queues[PQ_INACTIVE + m->pc].adds, 1);
2837                 }
2838         }
2839         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2840         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2841         /* leaves vm_page spinlocked */
2842 }
2843
2844 /*
2845  * Attempt to deactivate a page.
2846  *
2847  * No requirements.
2848  */
2849 void
2850 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2851 {
2852         vm_page_spin_lock(m);
2853         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2854         vm_page_spin_unlock(m);
2855 }
2856
2857 void
2858 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2859 {
2860         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2861 }
2862
2863 /*
2864  * Attempt to move a busied page to PQ_CACHE, then unconditionally unbusy it.
2865  *
2866  * This function returns non-zero if it successfully moved the page to
2867  * PQ_CACHE.
2868  *
2869  * This function unconditionally unbusies the page on return.
2870  */
2871 int
2872 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2873 {
2874         /*
2875          * Shortcut if we obviously cannot move the page, or if the
2876          * page is already on the cache queue, or it is ficitious.
2877          */
2878         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2879             m->queue - m->pc == PQ_CACHE ||
2880             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT | PG_FICTITIOUS))) {
2881                 vm_page_wakeup(m);
2882                 return(0);
2883         }
2884
2885         /*
2886          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2887          * be moved to the cache.
2888          */
2889         vm_page_test_dirty(m);
2890         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2891                 vm_page_wakeup(m);
2892                 return(0);
2893         }
2894         vm_page_cache(m);
2895         return(1);
2896 }
2897
2898 /*
2899  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2900  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2901  *
2902  * Caller provides an unlocked/non-busied page.
2903  * No requirements.
2904  */
2905 int
2906 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2907 {
2908         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
2909                 return(0);
2910
2911         /*
2912          * The page can be in any state, including already being on the free
2913          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2914          */
2915         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2916             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2917             m->wire_count ||                    /* or wired */
2918             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2919                          PG_NEED_COMMIT |       /* or needs a commit */
2920                          PG_FICTITIOUS)) ||     /* or is fictitious */
2921             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2922             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2923                 vm_page_wakeup(m);
2924                 return(0);
2925         }
2926
2927         /*
2928          * We can probably free the page.
2929          *
2930          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2931          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2932          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2933          */
2934         vm_page_test_dirty(m);
2935         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2936                 vm_page_wakeup(m);
2937                 return(0);
2938         }
2939         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2940         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2941                 vm_page_wakeup(m);
2942                 return(0);
2943         }
2944         vm_page_free(m);
2945         return(1);
2946 }
2947
2948 /*
2949  * vm_page_cache
2950  *
2951  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2952  *
2953  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2954  * possibly even free the page.
2955  */
2956 void
2957 vm_page_cache(vm_page_t m)
2958 {
2959         /*
2960          * Not suitable for the cache
2961          */
2962         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT | PG_FICTITIOUS)) ||
2963             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2964             m->wire_count || m->hold_count) {
2965                 vm_page_wakeup(m);
2966                 return;
2967         }
2968
2969         /*
2970          * Already in the cache (and thus not mapped)
2971          */
2972         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2973                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2974                 vm_page_wakeup(m);
2975                 return;
2976         }
2977
2978         /*
2979          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2980          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2981          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2982          */
2983         if (m->dirty) {
2984                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2985                         (long)m->pindex);
2986         }
2987
2988         /*
2989          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2990          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2991          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2992          * everything.
2993          */
2994         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2995         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2996             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2997             m->wire_count || m->hold_count) {
2998                 vm_page_wakeup(m);
2999         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
3000                 vm_page_deactivate(m);
3001                 vm_page_wakeup(m);
3002         } else {
3003                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
3004                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
3005                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
3006                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
3007                 vm_page_wakeup(m);
3008                 vm_page_free_wakeup();
3009         }
3010 }
3011
3012 /*
3013  * vm_page_dontneed()
3014  *
3015  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
3016  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
3017  *
3018  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
3019  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
3020  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
3021  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
3022  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
3023  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
3024  *
3025  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
3026  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
3027  * where moving them to the cache has the highest weighting.
3028  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
3029  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
3030  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
3031  * often.
3032  *
3033  * The page must be busied.
3034  */
3035 void
3036 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
3037 {
3038         static int dnweight;
3039         int dnw;
3040         int head;
3041
3042         dnw = ++dnweight;
3043
3044         /*
3045          * occassionally leave the page alone
3046          */
3047         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
3048             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
3049             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
3050         ) {
3051                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
3052                         --m->act_count;
3053                 return;
3054         }
3055
3056         /*
3057          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
3058          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
3059          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
3060          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
3061          */
3062         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
3063         pmap_clear_reference(m);
3064
3065         if (m->dirty == 0)
3066                 vm_page_test_dirty(m);
3067
3068         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
3069                 /*
3070                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
3071                  */
3072                 head = 0;
3073         } else {
3074                 /*
3075                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
3076                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
3077                  * at the head of the queue instead of the tail.
3078                  */
3079                 head = 1;
3080         }
3081         vm_page_spin_lock(m);
3082         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
3083         vm_page_spin_unlock(m);
3084 }
3085
3086 /*
3087  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
3088  * is almost like a hard BUSY except that it allows certain compatible
3089  * operations to occur on the page while it is busy.  For example, a page
3090  * undergoing a write can still be mapped read-only.
3091  *
3092  * We also use soft-busy to quickly pmap_enter shared read-only pages
3093  * without having to hold the page locked.
3094  *
3095  * The soft-busy count can be > 1 in situations where multiple threads
3096  * are pmap_enter()ing the same page simultaneously, or when two buffer
3097  * cache buffers overlap the same page.
3098  *
3099  * The caller must hold the page BUSY when making these two calls.
3100  */
3101 void
3102 vm_page_io_start(vm_page_t m)
3103 {
3104         uint32_t ocount;
3105
3106         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3107         KKASSERT(ocount & PBUSY_LOCKED);
3108 }
3109
3110 void
3111 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
3112 {
3113         uint32_t ocount;
3114
3115         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, -1);
3116         KKASSERT(ocount & PBUSY_MASK);
3117 #if 0
3118         if (((ocount - 1) & (PBUSY_LOCKED | PBUSY_MASK)) == 0)
3119                 wakeup(m);
3120 #endif
3121 }
3122
3123 /*
3124  * Attempt to soft-busy a page.  The page must not be PBUSY_LOCKED.
3125  *
3126  * We can't use fetchadd here because we might race a hard-busy and the
3127  * page freeing code asserts on a non-zero soft-busy count (even if only
3128  * temporary).
3129  *
3130  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
3131  */
3132 int
3133 vm_page_sbusy_try(vm_page_t m)
3134 {
3135         uint32_t ocount;
3136
3137         for (;;) {
3138                 ocount = m->busy_count;
3139                 cpu_ccfence();
3140                 if (ocount & PBUSY_LOCKED)
3141                         return 1;
3142                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, ocount, ocount + 1))
3143                         break;
3144         }
3145         return 0;
3146 #if 0
3147         if (m->busy_count & PBUSY_LOCKED)
3148                 return 1;
3149         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3150         if (ocount & PBUSY_LOCKED) {
3151                 vm_page_sbusy_drop(m);
3152                 return 1;
3153         }
3154         return 0;
3155 #endif
3156 }
3157
3158 /*
3159  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
3160  * be reused.  Used by tmpfs.
3161  */
3162 void
3163 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
3164 {
3165         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
3166         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3167 }
3168
3169 void
3170 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
3171 {
3172         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
3173 }
3174
3175 /*
3176  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
3177  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
3178  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
3179  * the page).
3180  *
3181  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
3182  * page will be zero'd and marked valid.
3183  *
3184  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
3185  * valid even if it already exists.
3186  *
3187  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
3188  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
3189  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
3190  *
3191  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
3192  * always returned if we had blocked.  
3193  *
3194  * This routine may not be called from an interrupt.
3195  *
3196  * No other requirements.
3197  */
3198 vm_page_t
3199 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3200 {
3201         vm_page_t m;
3202         int error;
3203         int shared = 1;
3204
3205         KKASSERT(allocflags &
3206                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
3207         vm_object_hold_shared(object);
3208         for (;;) {
3209                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
3210                 if (error) {
3211                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
3212                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
3213                                 m = NULL;
3214                                 break;
3215                         }
3216                         /* retry */
3217                 } else if (m == NULL) {
3218                         if (shared) {
3219                                 vm_object_upgrade(object);
3220                                 shared = 0;
3221                         }
3222                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
3223                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
3224                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
3225                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
3226                         if (m)
3227                                 break;
3228                         vm_wait(0);
3229                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
3230                                 goto failed;
3231                 } else {
3232                         /* m found */
3233                         break;
3234                 }
3235         }
3236
3237         /*
3238          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
3239          *
3240          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
3241          * valid even if already valid.
3242          *
3243          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
3244          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
3245          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
3246          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
3247          *        accesors taking the fault.
3248          *
3249          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
3250          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
3251          *        for userland to access the memory.
3252          */
3253         if (m->valid == 0) {
3254                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
3255                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3256                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3257                 }
3258         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
3259                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3260                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3261         }
3262 failed:
3263         vm_object_drop(object);
3264         return(m);
3265 }
3266
3267 /*
3268  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
3269  * a page.  May not block.
3270  *
3271  * Inputs are required to range within a page.
3272  *
3273  * No requirements.
3274  * Non blocking.
3275  */
3276 int
3277 vm_page_bits(int base, int size)
3278 {
3279         int first_bit;
3280         int last_bit;
3281
3282         KASSERT(
3283             base + size <= PAGE_SIZE,
3284             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3285         );
3286
3287         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3288                 return(0);
3289
3290         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3291         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3292
3293         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
3294 }
3295
3296 /*
3297  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3298  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3299  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3300  * such chunks will be zero'd.
3301  *
3302  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
3303  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
3304  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
3305  *       lost.
3306  *
3307  * This routine may not block.
3308  *
3309  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3310  */
3311 static void
3312 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3313 {
3314         int frag;
3315         int endoff;
3316
3317         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3318                 return;
3319
3320         /*
3321          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3322          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3323          * first block.
3324          */
3325
3326         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
3327             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
3328         ) {
3329                 pmap_zero_page_area(
3330                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3331                     frag,
3332                     base - frag
3333                 );
3334         }
3335
3336         /*
3337          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
3338          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3339          * the last block.
3340          */
3341
3342         endoff = base + size;
3343
3344         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
3345             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
3346         ) {
3347                 pmap_zero_page_area(
3348                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3349                     endoff,
3350                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
3351                 );
3352         }
3353 }
3354
3355 /*
3356  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3357  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3358  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
3359  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3360  * be set again.
3361  *
3362  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3363  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3364  * the range.
3365  *
3366  * Page must be busied?
3367  * No other requirements.
3368  */
3369 void
3370 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3371 {
3372         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3373         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3374 }
3375
3376
3377 /*
3378  * Set valid bits and clear dirty bits.
3379  *
3380  * Page must be busied by caller.
3381  *
3382  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3383  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3384  *       and size.
3385  *
3386  * No other requirements.
3387  */
3388 void
3389 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3390 {
3391         int pagebits;
3392
3393         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3394         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3395         m->valid |= pagebits;
3396         m->dirty &= ~pagebits;
3397         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3398                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3399                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3400         }
3401 }
3402
3403 /*
3404  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
3405  *
3406  * Page must be busied by caller.
3407  */
3408 void
3409 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
3410 {
3411         int pagebits;
3412
3413         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3414         m->valid |= pagebits;
3415         m->dirty |= pagebits;
3416         if (m->object)
3417                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3418 }
3419
3420 /*
3421  * Clear dirty bits.
3422  *
3423  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3424  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3425  *       and size.
3426  *
3427  * Page must be busied?
3428  * No other requirements.
3429  */
3430 void
3431 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3432 {
3433         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
3434         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3435                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3436                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3437         }
3438 }
3439
3440 /*
3441  * Make the page all-dirty.
3442  *
3443  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
3444  * object may now contain a dirty page.
3445  *
3446  * Page must be busied?
3447  * No other requirements.
3448  */
3449 void
3450 vm_page_dirty(vm_page_t m)
3451 {
3452 #ifdef INVARIANTS
3453         int pqtype = m->queue - m->pc;
3454 #endif
3455         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
3456                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
3457         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
3458                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
3459                 if (m->object)
3460                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3461         }
3462 }
3463
3464 /*
3465  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3466  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3467  *
3468  * Page must be busied?
3469  * Does not block.
3470  * No other requirements.
3471  */
3472 void
3473 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3474 {
3475         int bits;
3476
3477         bits = vm_page_bits(base, size);
3478         m->valid &= ~bits;
3479         m->dirty &= ~bits;
3480         atomic_add_int(&m->object->generation, 1);
3481 }
3482
3483 /*
3484  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3485  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3486  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3487  * page so user code sees what it expects.
3488  *
3489  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3490  * into memory and the file's size is not page aligned.
3491  *
3492  * Page must be busied?
3493  * No other requirements.
3494  */
3495 void
3496 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3497 {
3498         int b;
3499         int i;
3500
3501         /*
3502          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3503          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3504          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3505          * vm_page_set_validclean().
3506          */
3507         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3508                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3509                     (m->valid & (1 << i))
3510                 ) {
3511                         if (i > b) {
3512                                 pmap_zero_page_area(
3513                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3514                                     b << DEV_BSHIFT,
3515                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3516                                 );
3517                         }
3518                         b = i + 1;
3519                 }
3520         }
3521
3522         /*
3523          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3524          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3525          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3526          */
3527         if (setvalid)
3528                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3529 }
3530
3531 /*
3532  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3533  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3534  * invalid, and TRUE otherwise.
3535  *
3536  * Does not block.
3537  * No other requirements.
3538  */
3539 int
3540 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3541 {
3542         int bits = vm_page_bits(base, size);
3543
3544         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3545                 return 1;
3546         else
3547                 return 0;
3548 }
3549
3550 /*
3551  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3552  *
3553  * Caller must hold the page busy
3554  */
3555 void
3556 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3557 {
3558         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3559                 vm_page_dirty(m);
3560         }
3561 }
3562
3563 #include "opt_ddb.h"
3564 #ifdef DDB
3565 #include <ddb/ddb.h>
3566
3567 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3568 {
3569         db_printf("vmstats.v_free_count: %ld\n", vmstats.v_free_count);
3570         db_printf("vmstats.v_cache_count: %ld\n", vmstats.v_cache_count);
3571         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %ld\n", vmstats.v_inactive_count);
3572         db_printf("vmstats.v_active_count: %ld\n", vmstats.v_active_count);
3573         db_printf("vmstats.v_wire_count: %ld\n", vmstats.v_wire_count);
3574         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %ld\n", vmstats.v_free_reserved);
3575         db_printf("vmstats.v_free_min: %ld\n", vmstats.v_free_min);
3576         db_printf("vmstats.v_free_target: %ld\n", vmstats.v_free_target);
3577         db_printf("vmstats.v_cache_min: %ld\n", vmstats.v_cache_min);
3578         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %ld\n",
3579                   vmstats.v_inactive_target);
3580 }
3581
3582 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3583 {
3584         int i;
3585         db_printf("PQ_FREE:");
3586         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3587                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3588         }
3589         db_printf("\n");
3590                 
3591         db_printf("PQ_CACHE:");
3592         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3593                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3594         }
3595         db_printf("\n");
3596
3597         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3598         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3599                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3600         }
3601         db_printf("\n");
3602
3603         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3604         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3605                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3606         }
3607         db_printf("\n");
3608 }
3609 #endif /* DDB */