Permanently fix the 'allocating low physmem in early boot' problem which
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.10 2003/09/14 21:14:53 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory management module.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void     vm_page_queue_init (void);
93 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
94
95 /*
96  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
97  *      page structure.
98  */
99
100 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
101 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
102 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
103 static volatile int vm_page_bucket_generation;
104
105 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
106
107 static void
108 vm_page_queue_init(void) {
109         int i;
110
111         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
112                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
113         }
114         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
115
116         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
118         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
119                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
120         }
121         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
122                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
123         }
124 }
125
126 vm_page_t vm_page_array = 0;
127 int vm_page_array_size = 0;
128 long first_page = 0;
129 int vm_page_zero_count = 0;
130
131 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
132 static void vm_page_free_wakeup (void);
133
134 /*
135  *      vm_set_page_size:
136  *
137  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
138  *      size.  Must be called before any use of page-size
139  *      dependent functions.
140  */
141 void
142 vm_set_page_size(void)
143 {
144         if (vmstats.v_page_size == 0)
145                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
146         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
147                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
148 }
149
150 /*
151  *      vm_add_new_page:
152  *
153  *      Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
154  *      are added to both the head and tail of the associated free page
155  *      queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
156  *      requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
157  *
158  *      Must be called at splhigh().
159  */
160 vm_page_t
161 vm_add_new_page(vm_offset_t pa)
162 {
163         vm_page_t m;
164         struct vpgqueues *vpq;
165
166         ++vmstats.v_page_count;
167         ++vmstats.v_free_count;
168         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
169         m->phys_addr = pa;
170         m->flags = 0;
171         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
172         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
173         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
174         if (vpq->flipflop)
175                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
176         else
177                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
178         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
179         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
180         return (m);
181 }
182
183 /*
184  *      vm_page_startup:
185  *
186  *      Initializes the resident memory module.
187  *
188  *      Allocates memory for the page cells, and
189  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
190  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
191  */
192
193 vm_offset_t
194 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
195 {
196         vm_offset_t mapped;
197         struct vm_page **bucket;
198         vm_size_t npages, page_range;
199         vm_offset_t new_end;
200         int i;
201         vm_offset_t pa;
202         int nblocks;
203         vm_offset_t last_pa;
204
205         /* the biggest memory array is the second group of pages */
206         vm_offset_t end;
207         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
208
209         vm_offset_t total;
210
211         total = 0;
212         biggestsize = 0;
213         biggestone = 0;
214         nblocks = 0;
215         vaddr = round_page(vaddr);
216
217         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
218                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
219                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
220         }
221
222         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
223                 int size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
224
225                 if (size > biggestsize) {
226                         biggestone = i;
227                         biggestsize = size;
228                 }
229                 ++nblocks;
230                 total += size;
231         }
232
233         end = phys_avail[biggestone+1];
234
235         /*
236          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
237          * and the inactive queue.
238          */
239
240         vm_page_queue_init();
241
242         /*
243          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
244          *
245          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
246          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
247          * the system.  
248          *
249          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
250          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
251          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
252          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
253          *
254          * Note: This computation can be tweaked if desired.
255          */
256         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
257         bucket = vm_page_buckets;
258         if (vm_page_bucket_count == 0) {
259                 vm_page_bucket_count = 1;
260                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
261                         vm_page_bucket_count <<= 1;
262         }
263         vm_page_bucket_count <<= 1;
264         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
265
266         /*
267          * Validate these addresses.
268          */
269         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
270         new_end = trunc_page(new_end);
271         mapped = round_page(vaddr);
272         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
273             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
274         vaddr = round_page(vaddr);
275         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
276
277         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
278                 *bucket = NULL;
279                 bucket++;
280         }
281
282         /*
283          * Compute the number of pages of memory that will be available for
284          * use (taking into account the overhead of a page structure per
285          * page).
286          */
287
288         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
289
290         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
291         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
292             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
293
294         end = new_end;
295         /*
296          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
297          * queue.
298          */
299         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
300         mapped = vaddr;
301
302         /*
303          * Validate these addresses.
304          */
305
306         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
307         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
308             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
309
310         /*
311          * Clear all of the page structures
312          */
313         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
314         vm_page_array_size = page_range;
315
316         /*
317          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
318          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
319          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
320          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
321          */
322         vmstats.v_page_count = 0;
323         vmstats.v_free_count = 0;
324         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
325                 pa = phys_avail[i];
326                 if (i == biggestone)
327                         last_pa = new_end;
328                 else
329                         last_pa = phys_avail[i + 1];
330                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
331                         vm_add_new_page(pa);
332                         pa += PAGE_SIZE;
333                 }
334         }
335         return (mapped);
336 }
337
338 /*
339  *      vm_page_hash:
340  *
341  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
342  *
343  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
344  *      This routine may not block.
345  *
346  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
347  *      out in the hash table without it costing us too much.
348  */
349 static __inline int
350 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
351 {
352         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
353
354         return(i & vm_page_hash_mask);
355 }
356
357 void
358 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
359 {
360         --mem->hold_count;
361         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
362         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
363                 vm_page_free_toq(mem);
364 }
365
366 /*
367  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
368  *
369  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
370  *
371  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
372  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
373  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
374  *      here so we *can't* do this anyway.
375  *
376  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
377  *      This routine may not block.
378  */
379
380 void
381 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
382 {
383         struct vm_page **bucket;
384
385         if (m->object != NULL)
386                 panic("vm_page_insert: already inserted");
387
388         /*
389          * Record the object/offset pair in this page
390          */
391
392         m->object = object;
393         m->pindex = pindex;
394
395         /*
396          * Insert it into the object_object/offset hash table
397          */
398
399         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
400         m->hnext = *bucket;
401         *bucket = m;
402         vm_page_bucket_generation++;
403
404         /*
405          * Now link into the object's list of backed pages.
406          */
407
408         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
409         object->generation++;
410
411         /*
412          * show that the object has one more resident page.
413          */
414
415         object->resident_page_count++;
416
417         /*
418          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
419          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
420          */
421         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
422                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
423 }
424
425 /*
426  *      vm_page_remove:
427  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
428  *
429  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
430  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
431  *      the backing store.
432  *
433  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
434  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
435  *      This routine may not block.
436  */
437
438 void
439 vm_page_remove(vm_page_t m)
440 {
441         vm_object_t object;
442
443         if (m->object == NULL)
444                 return;
445
446         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
447                 panic("vm_page_remove: page not busy");
448         }
449
450         /*
451          * Basically destroy the page.
452          */
453
454         vm_page_wakeup(m);
455
456         object = m->object;
457
458         /*
459          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
460          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
461          *
462          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
463          * buffers with vm_page_lookup().
464          */
465
466         {
467                 struct vm_page **bucket;
468
469                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
470                 while (*bucket != m) {
471                         if (*bucket == NULL)
472                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
473                         bucket = &(*bucket)->hnext;
474                 }
475                 *bucket = m->hnext;
476                 m->hnext = NULL;
477                 vm_page_bucket_generation++;
478         }
479
480         /*
481          * Now remove from the object's list of backed pages.
482          */
483
484         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
485
486         /*
487          * And show that the object has one fewer resident page.
488          */
489
490         object->resident_page_count--;
491         object->generation++;
492
493         m->object = NULL;
494 }
495
496 /*
497  *      vm_page_lookup:
498  *
499  *      Returns the page associated with the object/offset
500  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
501  *
502  *      NOTE: the code below does not lock.  It will operate properly if
503  *      an interrupt makes a change, but the generation algorithm will not 
504  *      operate properly in an SMP environment where both cpu's are able to run
505  *      kernel code simultaneously.
506  *
507  *      The object must be locked.  No side effects.
508  *      This routine may not block.
509  *      This is a critical path routine
510  */
511
512 vm_page_t
513 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
514 {
515         vm_page_t m;
516         struct vm_page **bucket;
517         int generation;
518
519         /*
520          * Search the hash table for this object/offset pair
521          */
522
523 retry:
524         generation = vm_page_bucket_generation;
525         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
526         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
527                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
528                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
529                                 goto retry;
530                         return (m);
531                 }
532         }
533         if (vm_page_bucket_generation != generation)
534                 goto retry;
535         return (NULL);
536 }
537
538 /*
539  *      vm_page_rename:
540  *
541  *      Move the given memory entry from its
542  *      current object to the specified target object/offset.
543  *
544  *      The object must be locked.
545  *      This routine may not block.
546  *
547  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
548  *
549  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
550  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
551  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
552  *            moving the page from object A to B, and will then later move
553  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
554  *
555  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
556  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
557  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
558  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
559  *            on the cache.
560  */
561
562 void
563 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
564 {
565         int s;
566
567         s = splvm();
568         vm_page_remove(m);
569         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
570         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
571                 vm_page_deactivate(m);
572         vm_page_dirty(m);
573         splx(s);
574 }
575
576 /*
577  * vm_page_unqueue_nowakeup:
578  *
579  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
580  *
581  *      This routine must be called at splhigh().
582  *      This routine may not block.
583  */
584
585 void
586 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
587 {
588         int queue = m->queue;
589         struct vpgqueues *pq;
590         if (queue != PQ_NONE) {
591                 pq = &vm_page_queues[queue];
592                 m->queue = PQ_NONE;
593                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
594                 (*pq->cnt)--;
595                 pq->lcnt--;
596         }
597 }
598
599 /*
600  * vm_page_unqueue:
601  *
602  *      Remove a page from its queue.
603  *
604  *      This routine must be called at splhigh().
605  *      This routine may not block.
606  */
607
608 void
609 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
610 {
611         int queue = m->queue;
612         struct vpgqueues *pq;
613         if (queue != PQ_NONE) {
614                 m->queue = PQ_NONE;
615                 pq = &vm_page_queues[queue];
616                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
617                 (*pq->cnt)--;
618                 pq->lcnt--;
619                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
620                         if (vm_paging_needed())
621                                 pagedaemon_wakeup();
622                 }
623         }
624 }
625
626 #if PQ_L2_SIZE > 1
627
628 /*
629  *      vm_page_list_find:
630  *
631  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
632  *
633  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
634  *      that does not overload other nearby pages in the object in
635  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
636  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
637  *      to be virtual.
638  *
639  *      This routine must be called at splvm().
640  *      This routine may not block.
641  *
642  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
643  *      in vm_page.h
644  */
645 vm_page_t
646 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
647 {
648         int i;
649         vm_page_t m = NULL;
650         struct vpgqueues *pq;
651
652         pq = &vm_page_queues[basequeue];
653
654         /*
655          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
656          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
657          * blown it by missing the cache case so we do not care.
658          */
659
660         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
661                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
662                         break;
663
664                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
665                         break;
666         }
667         return(m);
668 }
669
670 #endif
671
672 /*
673  *      vm_page_select_cache:
674  *
675  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
676  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
677  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
678  *
679  *      This routine must be called at splvm().
680  *      This routine may not block.
681  */
682 vm_page_t
683 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
684 {
685         vm_page_t m;
686
687         while (TRUE) {
688                 m = vm_page_list_find(
689                     PQ_CACHE,
690                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
691                     FALSE
692                 );
693                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
694                                m->hold_count || m->wire_count)) {
695                         vm_page_deactivate(m);
696                         continue;
697                 }
698                 return m;
699         }
700 }
701
702 /*
703  *      vm_page_select_free:
704  *
705  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
706  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
707  *      otherwise.
708  *
709  *      This routine must be called at splvm().
710  *      This routine may not block.
711  */
712
713 static __inline vm_page_t
714 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
715 {
716         vm_page_t m;
717
718         m = vm_page_list_find(
719                 PQ_FREE,
720                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
721                 prefer_zero
722         );
723         return(m);
724 }
725
726 /*
727  *      vm_page_alloc:
728  *
729  *      Allocate and return a memory cell associated
730  *      with this VM object/offset pair.
731  *
732  *      page_req classes:
733  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
734  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
735  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
736  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
737  *
738  *      Object must be locked.
739  *      This routine may not block.
740  *
741  *      Additional special handling is required when called from an
742  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
743  *      the page cache in this case.
744  */
745
746 vm_page_t
747 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
748 {
749         vm_page_t m = NULL;
750         int s;
751
752         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
753                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
754
755         /*
756          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
757          */
758
759         if ((curthread == pagethread) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
760                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
761         };
762
763         s = splvm();
764
765 loop:
766         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved) {
767                 /*
768                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
769                  * in it.
770                  */
771                 if (page_req == VM_ALLOC_ZERO)
772                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
773                 else
774                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
775         } else if (
776             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
777              vmstats.v_cache_count == 0 && 
778              vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min) ||
779             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && vmstats.v_free_count > 0)
780         ) {
781                 /*
782                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
783                  */
784                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
785         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
786                 /*
787                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
788                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
789                  * vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
790                  */
791                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
792                 if (m == NULL) {
793                         splx(s);
794 #if defined(DIAGNOSTIC)
795                         if (vmstats.v_cache_count > 0)
796                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
797 #endif
798                         vm_pageout_deficit++;
799                         pagedaemon_wakeup();
800                         return (NULL);
801                 }
802                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
803                 vm_page_busy(m);
804                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
805                 vm_page_free(m);
806                 goto loop;
807         } else {
808                 /*
809                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
810                  */
811                 splx(s);
812                 vm_pageout_deficit++;
813                 pagedaemon_wakeup();
814                 return (NULL);
815         }
816
817         /*
818          *  At this point we had better have found a good page.
819          */
820
821         KASSERT(
822             m != NULL,
823             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
824         );
825
826         /*
827          * Remove from free queue
828          */
829
830         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
831
832         /*
833          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
834          */
835
836         if (m->flags & PG_ZERO) {
837                 vm_page_zero_count--;
838                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
839         } else {
840                 m->flags = PG_BUSY;
841         }
842         m->wire_count = 0;
843         m->hold_count = 0;
844         m->act_count = 0;
845         m->busy = 0;
846         m->valid = 0;
847         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
848
849         /*
850          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
851          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
852          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
853          * anywhere.
854          */
855
856         vm_page_insert(m, object, pindex);
857
858         /*
859          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
860          * we would be nearly out of memory.
861          */
862         if (vm_paging_needed())
863                 pagedaemon_wakeup();
864
865         splx(s);
866
867         return (m);
868 }
869
870 /*
871  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
872  *
873  *      Block until free pages are available for allocation
874  *      - Called in various places before memory allocations.
875  */
876
877 void
878 vm_wait(void)
879 {
880         int s;
881
882         s = splvm();
883         if (curthread == pagethread) {
884                 vm_pageout_pages_needed = 1;
885                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
886         } else {
887                 if (!vm_pages_needed) {
888                         vm_pages_needed = 1;
889                         wakeup(&vm_pages_needed);
890                 }
891                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
892         }
893         splx(s);
894 }
895
896 /*
897  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
898  *
899  *      Block until free pages are available for allocation
900  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
901  *        can be easily tracked.
902  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
903  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
904  *        this balance without careful testing first.
905  */
906
907 void
908 vm_waitpfault(void)
909 {
910         int s;
911
912         s = splvm();
913         if (!vm_pages_needed) {
914                 vm_pages_needed = 1;
915                 wakeup(&vm_pages_needed);
916         }
917         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
918         splx(s);
919 }
920
921 /*
922  *      vm_page_activate:
923  *
924  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
925  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
926  *      mess with it.
927  *
928  *      The page queues must be locked.
929  *      This routine may not block.
930  */
931 void
932 vm_page_activate(vm_page_t m)
933 {
934         int s;
935
936         s = splvm();
937         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
938                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
939                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
940
941                 vm_page_unqueue(m);
942
943                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
944                         m->queue = PQ_ACTIVE;
945                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
946                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
947                         if (m->act_count < ACT_INIT)
948                                 m->act_count = ACT_INIT;
949                         vmstats.v_active_count++;
950                 }
951         } else {
952                 if (m->act_count < ACT_INIT)
953                         m->act_count = ACT_INIT;
954         }
955
956         splx(s);
957 }
958
959 /*
960  *      vm_page_free_wakeup:
961  *
962  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
963  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
964  *      queues.
965  *
966  *      This routine may not block.
967  *      This routine must be called at splvm()
968  */
969 static __inline void
970 vm_page_free_wakeup(void)
971 {
972         /*
973          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
974          * some free.
975          */
976         if (vm_pageout_pages_needed &&
977             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= vmstats.v_pageout_free_min) {
978                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
979                 vm_pageout_pages_needed = 0;
980         }
981         /*
982          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
983          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
984          * lots of memory. this process will swapin processes.
985          */
986         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
987                 vm_pages_needed = 0;
988                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
989         }
990 }
991
992 /*
993  *      vm_page_free_toq:
994  *
995  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
996  *      disassociating it with any VM object.
997  *
998  *      Object and page must be locked prior to entry.
999  *      This routine may not block.
1000  */
1001
1002 void
1003 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1004 {
1005         int s;
1006         struct vpgqueues *pq;
1007         vm_object_t object = m->object;
1008
1009         s = splvm();
1010
1011         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1012
1013         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1014                 printf(
1015                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1016                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1017                     m->hold_count);
1018                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1019                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1020                 else
1021                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1022         }
1023
1024         /*
1025          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1026          * the page here because we do not want to call the pager's
1027          * callback routine until after we've put the page on the
1028          * appropriate free queue.
1029          */
1030
1031         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1032         vm_page_remove(m);
1033
1034         /*
1035          * If fictitious remove object association and
1036          * return, otherwise delay object association removal.
1037          */
1038
1039         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1040                 splx(s);
1041                 return;
1042         }
1043
1044         m->valid = 0;
1045         vm_page_undirty(m);
1046
1047         if (m->wire_count != 0) {
1048                 if (m->wire_count > 1) {
1049                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1050                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1051                 }
1052                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1053         }
1054
1055         /*
1056          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1057          * it up.
1058          */
1059
1060         if (object && 
1061             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1062             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1063         ) {
1064                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1065
1066                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1067                         vfree(vp);
1068         }
1069
1070         /*
1071          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1072          */
1073
1074         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1075             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1076         } else {
1077 #ifdef __alpha__
1078             pmap_page_is_free(m);
1079 #endif
1080         }
1081
1082         if (m->hold_count != 0) {
1083                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1084                 m->queue = PQ_HOLD;
1085         } else
1086                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1087         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1088         pq->lcnt++;
1089         ++(*pq->cnt);
1090
1091         /*
1092          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1093          * first ) and non-zerod pages at the head.
1094          */
1095
1096         if (m->flags & PG_ZERO) {
1097                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1098                 ++vm_page_zero_count;
1099         } else {
1100                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1101         }
1102
1103         vm_page_free_wakeup();
1104
1105         splx(s);
1106 }
1107
1108 /*
1109  *      vm_page_unmanage:
1110  *
1111  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1112  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1113  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1114  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1115  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1116  *      operate on the page.
1117  *
1118  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1119  *      will clear the flag.
1120  *
1121  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1122  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1123  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1124  *      mappings.
1125  */
1126
1127 void
1128 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1129 {
1130         int s;
1131
1132         s = splvm();
1133         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1134                 if (m->wire_count == 0)
1135                         vm_page_unqueue(m);
1136         }
1137         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1138         splx(s);
1139 }
1140
1141 /*
1142  *      vm_page_wire:
1143  *
1144  *      Mark this page as wired down by yet
1145  *      another map, removing it from paging queues
1146  *      as necessary.
1147  *
1148  *      The page queues must be locked.
1149  *      This routine may not block.
1150  */
1151 void
1152 vm_page_wire(vm_page_t m)
1153 {
1154         int s;
1155
1156         /*
1157          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1158          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1159          * it is already off the queues).
1160          */
1161         s = splvm();
1162         if (m->wire_count == 0) {
1163                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1164                         vm_page_unqueue(m);
1165                 vmstats.v_wire_count++;
1166         }
1167         m->wire_count++;
1168         KASSERT(m->wire_count != 0,
1169             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1170
1171         splx(s);
1172         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1173 }
1174
1175 /*
1176  *      vm_page_unwire:
1177  *
1178  *      Release one wiring of this page, potentially
1179  *      enabling it to be paged again.
1180  *
1181  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1182  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1183  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1184  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1185  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1186  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1187  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1188  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1189  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1190  *      reused more quickly.
1191  *
1192  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1193  *      put clean pages on the cache queue.
1194  *
1195  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1196  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1197  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1198  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1199  *
1200  *      The page queues must be locked.
1201  *      This routine may not block.
1202  */
1203 void
1204 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1205 {
1206         int s;
1207
1208         s = splvm();
1209
1210         if (m->wire_count > 0) {
1211                 m->wire_count--;
1212                 if (m->wire_count == 0) {
1213                         vmstats.v_wire_count--;
1214                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1215                                 ;
1216                         } else if (activate) {
1217                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1218                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1219                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1220                                 vmstats.v_active_count++;
1221                         } else {
1222                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1223                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1224                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1225                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1226                                 vmstats.v_inactive_count++;
1227                         }
1228                 }
1229         } else {
1230                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1231         }
1232         splx(s);
1233 }
1234
1235
1236 /*
1237  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1238  * any associated swap, the swap is deallocated.
1239  *
1240  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1241  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1242  * except without unmapping it from the process address space.
1243  *
1244  * This routine may not block.
1245  */
1246 static __inline void
1247 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1248 {
1249         int s;
1250
1251         /*
1252          * Ignore if already inactive.
1253          */
1254         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1255                 return;
1256
1257         s = splvm();
1258         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1259                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1260                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1261                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1262                 vm_page_unqueue(m);
1263                 if (athead)
1264                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1265                 else
1266                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1267                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1268                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1269                 vmstats.v_inactive_count++;
1270         }
1271         splx(s);
1272 }
1273
1274 void
1275 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1276 {
1277     _vm_page_deactivate(m, 0);
1278 }
1279
1280 /*
1281  * vm_page_try_to_cache:
1282  *
1283  * Returns 0 on failure, 1 on success
1284  */
1285 int
1286 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1287 {
1288         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1289             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1290                 return(0);
1291         }
1292         vm_page_test_dirty(m);
1293         if (m->dirty)
1294                 return(0);
1295         vm_page_cache(m);
1296         return(1);
1297 }
1298
1299 /*
1300  * vm_page_try_to_free()
1301  *
1302  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1303  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1304  */
1305
1306 int
1307 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1308 {
1309         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1310             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1311                 return(0);
1312         }
1313         vm_page_test_dirty(m);
1314         if (m->dirty)
1315                 return(0);
1316         vm_page_busy(m);
1317         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1318         vm_page_free(m);
1319         return(1);
1320 }
1321
1322
1323 /*
1324  * vm_page_cache
1325  *
1326  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1327  *
1328  * This routine may not block.
1329  */
1330 void
1331 vm_page_cache(vm_page_t m)
1332 {
1333         int s;
1334
1335         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1336                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1337                 return;
1338         }
1339         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1340                 return;
1341
1342         /*
1343          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1344          * writeable or mapped.
1345          */
1346
1347         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1348         if (m->dirty != 0) {
1349                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1350                         (long)m->pindex);
1351         }
1352         s = splvm();
1353         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1354         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1355         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1356         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1357         vmstats.v_cache_count++;
1358         vm_page_free_wakeup();
1359         splx(s);
1360 }
1361
1362 /*
1363  * vm_page_dontneed
1364  *
1365  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1366  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1367  *
1368  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1369  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1370  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1371  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1372  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1373  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1374  *
1375  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1376  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1377  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1378  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1379  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1380  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1381  *      often.
1382  */
1383
1384 void
1385 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1386 {
1387         static int dnweight;
1388         int dnw;
1389         int head;
1390
1391         dnw = ++dnweight;
1392
1393         /*
1394          * occassionally leave the page alone
1395          */
1396
1397         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1398             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1399             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1400         ) {
1401                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1402                         --m->act_count;
1403                 return;
1404         }
1405
1406         if (m->dirty == 0)
1407                 vm_page_test_dirty(m);
1408
1409         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1410                 /*
1411                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1412                  */
1413                 head = 0;
1414         } else {
1415                 /*
1416                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1417                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1418                  * at the head of the queue instead of the tail.
1419                  */
1420                 head = 1;
1421         }
1422         _vm_page_deactivate(m, head);
1423 }
1424
1425 /*
1426  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1427  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1428  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1429  *
1430  * This routine may block.
1431  */
1432 vm_page_t
1433 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1434 {
1435
1436         vm_page_t m;
1437         int s, generation;
1438
1439 retrylookup:
1440         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1441                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1442                         generation = object->generation;
1443
1444                         s = splvm();
1445                         while ((object->generation == generation) &&
1446                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1447                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1448                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1449                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1450                                         splx(s);
1451                                         return NULL;
1452                                 }
1453                         }
1454                         splx(s);
1455                         goto retrylookup;
1456                 } else {
1457                         vm_page_busy(m);
1458                         return m;
1459                 }
1460         }
1461
1462         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1463         if (m == NULL) {
1464                 VM_WAIT;
1465                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1466                         return NULL;
1467                 goto retrylookup;
1468         }
1469
1470         return m;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1475  * a page.  May not block.
1476  *
1477  * Inputs are required to range within a page.
1478  */
1479
1480 __inline int
1481 vm_page_bits(int base, int size)
1482 {
1483         int first_bit;
1484         int last_bit;
1485
1486         KASSERT(
1487             base + size <= PAGE_SIZE,
1488             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1489         );
1490
1491         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1492                 return(0);
1493
1494         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1495         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1496
1497         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1498 }
1499
1500 /*
1501  *      vm_page_set_validclean:
1502  *
1503  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1504  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1505  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1506  *      such chunks will be zero'd.
1507  *
1508  *      This routine may not block.
1509  *
1510  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1511  */
1512 void
1513 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1514 {
1515         int pagebits;
1516         int frag;
1517         int endoff;
1518
1519         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1520                 return;
1521
1522         /*
1523          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1524          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1525          * first block.
1526          */
1527
1528         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1529             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1530         ) {
1531                 pmap_zero_page_area(
1532                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1533                     frag,
1534                     base - frag
1535                 );
1536         }
1537
1538         /*
1539          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1540          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1541          * the last block.
1542          */
1543
1544         endoff = base + size;
1545
1546         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1547             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1548         ) {
1549                 pmap_zero_page_area(
1550                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1551                     endoff,
1552                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1553                 );
1554         }
1555
1556         /*
1557          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1558          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1559          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1560          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1561          * be set again.
1562          *
1563          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1564          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1565          * the range.
1566          */
1567
1568         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1569         m->valid |= pagebits;
1570 #if 0   /* NOT YET */
1571         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1572                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1573                 base += frag;
1574                 size -= frag;
1575                 if (size < 0)
1576                     size = 0;
1577         }
1578         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1579 #endif
1580         m->dirty &= ~pagebits;
1581         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1582                 pmap_clear_modify(m);
1583                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1584         }
1585 }
1586
1587 #if 0
1588
1589 void
1590 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1591 {
1592         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1593 }
1594
1595 #endif
1596
1597 void
1598 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1599 {
1600         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1601 }
1602
1603 /*
1604  *      vm_page_set_invalid:
1605  *
1606  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1607  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1608  *
1609  *      May not block.
1610  */
1611 void
1612 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1613 {
1614         int bits;
1615
1616         bits = vm_page_bits(base, size);
1617         m->valid &= ~bits;
1618         m->dirty &= ~bits;
1619         m->object->generation++;
1620 }
1621
1622 /*
1623  * vm_page_zero_invalid()
1624  *
1625  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1626  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1627  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1628  *      page so user code sees what it expects.
1629  *
1630  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1631  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1632  */
1633
1634 void
1635 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1636 {
1637         int b;
1638         int i;
1639
1640         /*
1641          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1642          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1643          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1644          * vm_page_set_validclean().
1645          */
1646
1647         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1648                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1649                     (m->valid & (1 << i))
1650                 ) {
1651                         if (i > b) {
1652                                 pmap_zero_page_area(
1653                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1654                                     b << DEV_BSHIFT,
1655                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1656                                 );
1657                         }
1658                         b = i + 1;
1659                 }
1660         }
1661
1662         /*
1663          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1664          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1665          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1666          */
1667
1668         if (setvalid)
1669                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1670 }
1671
1672 /*
1673  *      vm_page_is_valid:
1674  *
1675  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1676  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1677  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1678  *
1679  *      May not block.
1680  */
1681
1682 int
1683 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1684 {
1685         int bits = vm_page_bits(base, size);
1686
1687         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1688                 return 1;
1689         else
1690                 return 0;
1691 }
1692
1693 /*
1694  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1695  */
1696
1697 void
1698 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1699 {
1700         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1701                 vm_page_dirty(m);
1702         }
1703 }
1704
1705 /*
1706  * This interface is for merging with malloc() someday.
1707  * Even if we never implement compaction so that contiguous allocation
1708  * works after initialization time, malloc()'s data structures are good
1709  * for statistics and for allocations of less than a page.
1710  */
1711 void *
1712 contigmalloc1(
1713         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1714         struct malloc_type *type,
1715         int flags,
1716         unsigned long low,
1717         unsigned long high,
1718         unsigned long alignment,
1719         unsigned long boundary,
1720         vm_map_t map)
1721 {
1722         int i, s, start;
1723         vm_offset_t addr, phys, tmp_addr;
1724         int pass;
1725         vm_page_t pga = vm_page_array;
1726         int count;
1727
1728         size = round_page(size);
1729         if (size == 0)
1730                 panic("contigmalloc1: size must not be 0");
1731         if ((alignment & (alignment - 1)) != 0)
1732                 panic("contigmalloc1: alignment must be a power of 2");
1733         if ((boundary & (boundary - 1)) != 0)
1734                 panic("contigmalloc1: boundary must be a power of 2");
1735
1736         start = 0;
1737         for (pass = 0; pass <= 1; pass++) {
1738                 s = splvm();
1739 again:
1740                 /*
1741                  * Find first page in array that is free, within range, aligned, and
1742                  * such that the boundary won't be crossed.
1743                  */
1744                 for (i = start; i < vmstats.v_page_count; i++) {
1745                         int pqtype;
1746                         phys = VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]);
1747                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1748                         if (((pqtype == PQ_FREE) || (pqtype == PQ_CACHE)) &&
1749                             (phys >= low) && (phys < high) &&
1750                             ((phys & (alignment - 1)) == 0) &&
1751                             (((phys ^ (phys + size - 1)) & ~(boundary - 1)) == 0))
1752                                 break;
1753                 }
1754
1755                 /*
1756                  * If the above failed or we will exceed the upper bound, fail.
1757                  */
1758                 if ((i == vmstats.v_page_count) ||
1759                         ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) + size) > high)) {
1760                         vm_page_t m, next;
1761
1762 again1:
1763                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl);
1764                                 m != NULL;
1765                                 m = next) {
1766
1767                                 KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
1768                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_INACTIVE", m));
1769
1770                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1771                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw0"))
1772                                         goto again1;
1773                                 vm_page_test_dirty(m);
1774                                 if (m->dirty) {
1775                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1776                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
1777                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1778                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curthread);
1779                                                 goto again1;
1780                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1781                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1782                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1783                                                 goto again1;
1784                                         }
1785                                 }
1786                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1787                                         vm_page_cache(m);
1788                         }
1789
1790                         for (m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl);
1791                                 m != NULL;
1792                                 m = next) {
1793
1794                                 KASSERT(m->queue == PQ_ACTIVE,
1795                                         ("contigmalloc1: page %p is not PQ_ACTIVE", m));
1796
1797                                 next = TAILQ_NEXT(m, pageq);
1798                                 if (vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vpctw1"))
1799                                         goto again1;
1800                                 vm_page_test_dirty(m);
1801                                 if (m->dirty) {
1802                                         if (m->object->type == OBJT_VNODE) {
1803                                                 vn_lock(m->object->handle, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY, curthread);
1804                                                 vm_object_page_clean(m->object, 0, 0, OBJPC_SYNC);
1805                                                 VOP_UNLOCK(m->object->handle, 0, curthread);
1806                                                 goto again1;
1807                                         } else if (m->object->type == OBJT_SWAP ||
1808                                                                 m->object->type == OBJT_DEFAULT) {
1809                                                 vm_pageout_flush(&m, 1, 0);
1810                                                 goto again1;
1811                                         }
1812                                 }
1813                                 if ((m->dirty == 0) && (m->busy == 0) && (m->hold_count == 0))
1814                                         vm_page_cache(m);
1815                         }
1816
1817                         splx(s);
1818                         continue;
1819                 }
1820                 start = i;
1821
1822                 /*
1823                  * Check successive pages for contiguous and free.
1824                  */
1825                 for (i = start + 1; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1826                         int pqtype;
1827                         pqtype = pga[i].queue - pga[i].pc;
1828                         if ((VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i]) !=
1829                             (VM_PAGE_TO_PHYS(&pga[i - 1]) + PAGE_SIZE)) ||
1830                             ((pqtype != PQ_FREE) && (pqtype != PQ_CACHE))) {
1831                                 start++;
1832                                 goto again;
1833                         }
1834                 }
1835
1836                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1837                         int pqtype;
1838                         vm_page_t m = &pga[i];
1839
1840                         pqtype = m->queue - m->pc;
1841                         if (pqtype == PQ_CACHE) {
1842                                 vm_page_busy(m);
1843                                 vm_page_free(m);
1844                         }
1845                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1846                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1847                         if (m->flags & PG_ZERO)
1848                                 vm_page_zero_count--;
1849                         m->flags = 0;
1850                         KASSERT(m->dirty == 0, ("contigmalloc1: page %p was dirty", m));
1851                         m->wire_count = 0;
1852                         m->busy = 0;
1853                         m->object = NULL;
1854                 }
1855
1856                 /*
1857                  * We've found a contiguous chunk that meets are requirements.
1858                  * Allocate kernel VM, unfree and assign the physical pages to it and
1859                  * return kernel VM pointer.
1860                  */
1861                 vm_map_lock(map);
1862                 count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1863                 if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, 1, &addr) !=
1864                     KERN_SUCCESS) {
1865                         /*
1866                          * XXX We almost never run out of kernel virtual
1867                          * space, so we don't make the allocated memory
1868                          * above available.
1869                          */
1870                         vm_map_unlock(map);
1871                         vm_map_entry_release(count);
1872                         splx(s);
1873                         return (NULL);
1874                 }
1875                 vm_object_reference(kernel_object);
1876                 vm_map_insert(map, &count, 
1877                     kernel_object, addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS,
1878                     addr, addr + size, VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
1879                 vm_map_unlock(map);
1880                 vm_map_entry_release(count);
1881
1882                 tmp_addr = addr;
1883                 for (i = start; i < (start + size / PAGE_SIZE); i++) {
1884                         vm_page_t m = &pga[i];
1885                         vm_page_insert(m, kernel_object,
1886                                 OFF_TO_IDX(tmp_addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS));
1887                         tmp_addr += PAGE_SIZE;
1888                 }
1889                 vm_map_pageable(map, addr, addr + size, FALSE);
1890
1891                 splx(s);
1892                 return ((void *)addr);
1893         }
1894         return NULL;
1895 }
1896
1897 void *
1898 contigmalloc(
1899         unsigned long size,     /* should be size_t here and for malloc() */
1900         struct malloc_type *type,
1901         int flags,
1902         unsigned long low,
1903         unsigned long high,
1904         unsigned long alignment,
1905         unsigned long boundary)
1906 {
1907         return contigmalloc1(size, type, flags, low, high, alignment, boundary,
1908                              kernel_map);
1909 }
1910
1911 void
1912 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
1913 {
1914         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
1915 }
1916
1917 vm_offset_t
1918 vm_page_alloc_contig(
1919         vm_offset_t size,
1920         vm_offset_t low,
1921         vm_offset_t high,
1922         vm_offset_t alignment)
1923 {
1924         return ((vm_offset_t)contigmalloc1(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT, low, high,
1925                                           alignment, 0ul, kernel_map));
1926 }
1927
1928 #include "opt_ddb.h"
1929 #ifdef DDB
1930 #include <sys/kernel.h>
1931
1932 #include <ddb/ddb.h>
1933
1934 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1935 {
1936         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1937         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1938         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1939         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1940         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1941         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1942         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1943         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1944         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1945         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1946 }
1947
1948 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1949 {
1950         int i;
1951         db_printf("PQ_FREE:");
1952         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1953                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1954         }
1955         db_printf("\n");
1956                 
1957         db_printf("PQ_CACHE:");
1958         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1959                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1960         }
1961         db_printf("\n");
1962
1963         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1964                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1965                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1966 }
1967 #endif /* DDB */