kernel - Rewrite the callout_*() API (2)
[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  * This function will return with both the page and the queue locked.
984  */
985 static __inline void
986 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
987 {
988         struct vpgqueues *pq;
989         u_long *cnt;
990
991         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
992
993         if (queue != PQ_NONE) {
994                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
995                 pq = &vm_page_queues[queue];
996                 ++pq->lcnt;
997
998                 /*
999                  * Adjust our pcpu stats.  If a system entity really needs
1000                  * to incorporate the count it will call vmstats_rollup()
1001                  * to roll it all up into the global vmstats strufture.
1002                  */
1003                 cnt = (long *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
1004                 atomic_add_long(cnt, 1);
1005
1006                 /*
1007                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
1008                  * cache-hot pages to programs.
1009                  */
1010                 m->queue = queue;
1011                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
1012                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1013                 } else if (athead) {
1014                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1015                 } else {
1016                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1017                 }
1018                 /* leave the queue spinlocked */
1019         }
1020 }
1021
1022 /*
1023  * Wait until page is no longer BUSY.  If also_m_busy is TRUE we wait
1024  * until the page is no longer BUSY or SBUSY (busy_count field is 0).
1025  *
1026  * Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we did not.  Only one sleep
1027  * call will be made before returning.
1028  *
1029  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
1030  * guaranteed to be available.
1031  */
1032 void
1033 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
1034 {
1035         u_int32_t busy_count;
1036
1037         for (;;) {
1038                 busy_count = m->busy_count;
1039                 cpu_ccfence();
1040
1041                 if ((busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0 &&
1042                     (also_m_busy == 0 || (busy_count & PBUSY_MASK) == 0)) {
1043                         break;
1044                 }
1045                 tsleep_interlock(m, 0);
1046                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1047                                       busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1048                         atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1049                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1050                         break;
1051                 }
1052         }
1053 }
1054
1055 /*
1056  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
1057  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
1058  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
1059  * is used if it was probed.
1060  *
1061  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
1062  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
1063  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
1064  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
1065  * hardware cache management performance.
1066  *
1067  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
1068  */
1069 u_short
1070 vm_get_pg_color(int cpuid, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1071 {
1072         u_short pg_color;
1073         int object_pg_color;
1074
1075         /*
1076          * WARNING! cpu_topology_core_ids might not be a power of two.
1077          *          We also shouldn't make assumptions about
1078          *          cpu_topology_phys_ids either.
1079          *
1080          * WARNING! ncpus might not be known at this time (during early
1081          *          boot), and might be set to 1.
1082          *
1083          * General format: [phys_id][core_id][cpuid][set-associativity]
1084          * (but uses modulo, so not necessarily precise bit masks)
1085          */
1086         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
1087
1088         if (cpu_topology_ht_ids) {
1089                 int phys_id;
1090                 int core_id;
1091                 int ht_id;
1092                 int physcale;
1093                 int grpscale;
1094                 int cpuscale;
1095
1096                 /*
1097                  * Translate cpuid to socket, core, and hyperthread id.
1098                  */
1099                 phys_id = get_cpu_phys_id(cpuid);
1100                 core_id = get_cpu_core_id(cpuid);
1101                 ht_id = get_cpu_ht_id(cpuid);
1102
1103                 /*
1104                  * Calculate pg_color for our array index.
1105                  *
1106                  * physcale - socket multiplier.
1107                  * grpscale - core multiplier (cores per socket)
1108                  * cpu*     - cpus per core
1109                  *
1110                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1111                  *          initialized and may be set to (1).
1112                  *
1113                  * WARNING! physcale must match the organization that
1114                  *          vm_numa_organize() creates to ensure that
1115                  *          we properly localize allocations to the
1116                  *          requested cpuid.
1117                  */
1118                 physcale = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
1119                 grpscale = physcale / cpu_topology_core_ids;
1120                 cpuscale = grpscale / cpu_topology_ht_ids;
1121
1122                 pg_color = phys_id * physcale;
1123                 pg_color += core_id * grpscale;
1124                 pg_color += ht_id * cpuscale;
1125                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1126
1127 #if 0
1128                 if (grpsize >= 8) {
1129                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1130                 } else {
1131                         if (grpsize <= 2) {
1132                                 grpsize = 8;
1133                         } else {
1134                                 /* 3->9, 4->8, 5->10, 6->12, 7->14 */
1135                                 grpsize += grpsize;
1136                                 if (grpsize < 8)
1137                                         grpsize += grpsize;
1138                         }
1139                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
1140                 }
1141 #endif
1142         } else {
1143                 /*
1144                  * Unknown topology, distribute things evenly.
1145                  *
1146                  * WARNING! In early boot, ncpus has not yet been
1147                  *          initialized and may be set to (1).
1148                  */
1149                 int cpuscale;
1150
1151                 cpuscale = PQ_L2_SIZE / ncpus;
1152
1153                 pg_color = cpuid * cpuscale;
1154                 pg_color += (pindex + object_pg_color) % cpuscale;
1155         }
1156         return (pg_color & PQ_L2_MASK);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Wait until BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
1161  * also wait for m->busy_count to become 0 before setting PBUSY_LOCKED.
1162  */
1163 void
1164 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
1165                                      int also_m_busy, const char *msg
1166                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1167 {
1168         u_int32_t busy_count;
1169
1170         for (;;) {
1171                 busy_count = m->busy_count;
1172                 cpu_ccfence();
1173                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1174                         tsleep_interlock(m, 0);
1175                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1176                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1177                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1178                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1179                         }
1180                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1181                         tsleep_interlock(m, 0);
1182                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1183                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1184                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1185                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1186                         }
1187                 } else {
1188                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1189                                               busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1190 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1191                                 m->busy_func = func;
1192                                 m->busy_line = lineno;
1193 #endif
1194                                 break;
1195                         }
1196                 }
1197         }
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Attempt to set BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if
1202  * m->busy_count is also 0.
1203  *
1204  * Returns non-zero on failure.
1205  */
1206 int
1207 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
1208                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1209 {
1210         u_int32_t busy_count;
1211
1212         for (;;) {
1213                 busy_count = m->busy_count;
1214                 cpu_ccfence();
1215                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED)
1216                         return TRUE;
1217                 if (also_m_busy && (busy_count & PBUSY_MASK) != 0)
1218                         return TRUE;
1219                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1220                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1221 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1222                                 m->busy_func = func;
1223                                 m->busy_line = lineno;
1224 #endif
1225                         return FALSE;
1226                 }
1227         }
1228 }
1229
1230 /*
1231  * Clear the BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
1232  * that a wakeup() should be performed.
1233  *
1234  * (inline version)
1235  */
1236 static __inline
1237 int
1238 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1239 {
1240         u_int32_t busy_count;
1241
1242         busy_count = m->busy_count;
1243         cpu_ccfence();
1244         for (;;) {
1245                 if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_count, &busy_count,
1246                                       busy_count &
1247                                       ~(PBUSY_LOCKED | PBUSY_WANTED))) {
1248                         return((int)(busy_count & PBUSY_WANTED));
1249                 }
1250         }
1251         /* not reached */
1252 }
1253
1254 /*
1255  * Clear the BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
1256  * is typically the last call you make on a page before moving onto
1257  * other things.
1258  */
1259 void
1260 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1261 {
1262         KASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED,
1263                 ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
1264         if (_vm_page_wakeup(m))
1265                 wakeup(m);
1266 }
1267
1268 /*
1269  * Hold a page, preventing reuse.  This is typically only called on pages
1270  * in a known state (either held busy, special, or interlocked in some
1271  * manner).  Holding a page does not ensure that it remains valid, it only
1272  * prevents reuse.  The page must not already be on the FREE queue or in
1273  * any danger of being moved to the FREE queue concurrent with this call.
1274  *
1275  * Other parts of the system can still disassociate the page from its object
1276  * and attempt to free it, or perform read or write I/O on it and/or otherwise
1277  * manipulate the page, but if the page is held the VM system will leave the
1278  * page and its data intact and not cycle it through the FREE queue until
1279  * the last hold has been released.
1280  *
1281  * (see vm_page_wire() if you want to prevent the page from being
1282  *  disassociated from its object too).
1283  */
1284 void
1285 vm_page_hold(vm_page_t m)
1286 {
1287         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1288         KKASSERT(m->queue - m->pc != PQ_FREE);
1289 #if 0
1290         vm_page_spin_lock(m);
1291         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1292         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
1293                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1294                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1295                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1296                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1297         }
1298         vm_page_spin_unlock(m);
1299 #endif
1300 }
1301
1302 /*
1303  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
1304  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
1305  *
1306  * To avoid racing against vm_page_free*() we must re-test conditions
1307  * after obtaining the spin-lock.  The initial test can also race a
1308  * vm_page_free*() that is in the middle of moving a page to PQ_HOLD,
1309  * leaving the page on PQ_HOLD with hold_count == 0.  Rather than
1310  * throw a spin-lock in the critical path, we rely on the pageout
1311  * daemon to clean-up these loose ends.
1312  *
1313  * More critically, the 'easy movement' between queues without busying
1314  * a vm_page is only allowed for PQ_FREE<->PQ_HOLD.
1315  */
1316 void
1317 vm_page_unhold(vm_page_t m)
1318 {
1319         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
1320                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or "
1321                  "on FREE queue (%d)",
1322                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
1323
1324         if (atomic_fetchadd_int(&m->hold_count, -1) == 1 &&
1325             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1326                 vm_page_spin_lock(m);
1327                 if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1328                         _vm_page_queue_spin_lock(m);
1329                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1330                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
1331                         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1332                 }
1333                 vm_page_spin_unlock(m);
1334         }
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Create a fictitious page with the specified physical address and
1339  * memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1340  * dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1341  */
1342 void
1343 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1344 {
1345
1346         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1347                 /*
1348                  * The page's memattr might have changed since the
1349                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1350                  * new memattr.
1351                  */
1352                 goto memattr;
1353         }
1354         m->phys_addr = paddr;
1355         m->queue = PQ_NONE;
1356         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1357         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1358         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED;
1359         m->busy_count = PBUSY_LOCKED;
1360         m->wire_count = 1;
1361         spin_init(&m->spin, "fake_page");
1362         pmap_page_init(m);
1363 memattr:
1364         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1365 }
1366
1367 /*
1368  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1369  *
1370  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1371  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1372  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1373  * here so we *can't* do this anyway.
1374  *
1375  * This routine may not block.
1376  * This routine must be called with the vm_object held.
1377  * This routine must be called with a critical section held.
1378  *
1379  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1380  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1381  */
1382 int
1383 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1384 {
1385         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1386         if (m->object != NULL)
1387                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1388
1389         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1390
1391         /*
1392          * Record the object/offset pair in this page and add the
1393          * pv_list_count of the page to the object.
1394          *
1395          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1396          */
1397         vm_page_spin_lock(m);
1398         m->object = object;
1399         m->pindex = pindex;
1400         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1401                 m->object = NULL;
1402                 m->pindex = 0;
1403                 vm_page_spin_unlock(m);
1404                 return FALSE;
1405         }
1406         ++object->resident_page_count;
1407         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1408         vm_page_spin_unlock(m);
1409
1410         /*
1411          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1412          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1413          */
1414         if ((m->valid & m->dirty) ||
1415             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1416                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1417
1418         /*
1419          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1420          */
1421         swap_pager_page_inserted(m);
1422         return TRUE;
1423 }
1424
1425 /*
1426  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1427  *
1428  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1429  * This routine may not block.
1430  *
1431  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1432  * No other requirements.
1433  *
1434  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1435  *       it busy.
1436  */
1437 void
1438 vm_page_remove(vm_page_t m)
1439 {
1440         vm_object_t object;
1441
1442         if (m->object == NULL) {
1443                 return;
1444         }
1445
1446         if ((m->busy_count & PBUSY_LOCKED) == 0)
1447                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1448
1449         object = m->object;
1450
1451         vm_object_hold(object);
1452
1453         /*
1454          * Remove the page from the object and update the object.
1455          *
1456          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1457          */
1458         vm_page_spin_lock(m);
1459         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1460         --object->resident_page_count;
1461         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1462         m->object = NULL;
1463         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1464         vm_page_spin_unlock(m);
1465
1466         vm_object_drop(object);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * Calculate the hash position for the vm_page hash heuristic.
1471  */
1472 static __inline
1473 struct vm_page **
1474 vm_page_hash_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1475 {
1476         size_t hi;
1477
1478         hi = (uintptr_t)object % (uintptr_t)vm_page_array_size + pindex;
1479         hi %= vm_page_array_size;
1480         return (&vm_page_hash[hi]);
1481 }
1482
1483 /*
1484  * Heuristical page lookup that does not require any locks.  Returns
1485  * a soft-busied page on success, NULL on failure.
1486  *
1487  * Caller must lookup the page the slow way if NULL is returned.
1488  */
1489 vm_page_t
1490 vm_page_hash_get(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1491 {
1492         struct vm_page **mp;
1493         vm_page_t m;
1494
1495         if (vm_page_hash == NULL)
1496                 return NULL;
1497         mp = vm_page_hash_hash(object, pindex);
1498         m = *mp;
1499         cpu_ccfence();
1500         if (m == NULL)
1501                 return NULL;
1502         if (m->object != object || m->pindex != pindex)
1503                 return NULL;
1504         if (vm_page_sbusy_try(m))
1505                 return NULL;
1506         if (m->object != object || m->pindex != pindex) {
1507                 vm_page_wakeup(m);
1508                 return NULL;
1509         }
1510         return m;
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Enter page onto vm_page_hash[].  This is a heuristic, SMP collisions
1515  * are allowed.
1516  */
1517 static __inline
1518 void
1519 vm_page_hash_enter(vm_page_t m)
1520 {
1521         struct vm_page **mp;
1522
1523         if (vm_page_hash &&
1524             m > &vm_page_array[0] &&
1525             m < &vm_page_array[vm_page_array_size]) {
1526                 mp = vm_page_hash_hash(m->object, m->pindex);
1527                 if (*mp != m)
1528                         *mp = m;
1529         }
1530 }
1531
1532 /*
1533  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1534  * page could not be found.
1535  *
1536  * The caller must hold the vm_object token.
1537  */
1538 vm_page_t
1539 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1540 {
1541         vm_page_t m;
1542
1543         /*
1544          * Search the hash table for this object/offset pair
1545          */
1546         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1547         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1548         if (m) {
1549                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1550                 vm_page_hash_enter(m);
1551         }
1552         return(m);
1553 }
1554
1555 vm_page_t
1556 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1557                                             vm_pindex_t pindex,
1558                                             int also_m_busy, const char *msg
1559                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1560 {
1561         u_int32_t busy_count;
1562         vm_page_t m;
1563
1564         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1565         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1566         while (m) {
1567                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1568                 busy_count = m->busy_count;
1569                 cpu_ccfence();
1570                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1571                         tsleep_interlock(m, 0);
1572                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1573                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1574                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1575                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1576                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1577                                                               pindex);
1578                         }
1579                 } else if (also_m_busy && busy_count) {
1580                         tsleep_interlock(m, 0);
1581                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1582                                           busy_count | PBUSY_WANTED)) {
1583                                 atomic_set_int(&m->flags, PG_REFERENCED);
1584                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1585                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1586                                                               pindex);
1587                         }
1588                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1589                                              busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1590 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1591                         m->busy_func = func;
1592                         m->busy_line = lineno;
1593 #endif
1594                         vm_page_hash_enter(m);
1595                         break;
1596                 }
1597         }
1598         return m;
1599 }
1600
1601 /*
1602  * Attempt to lookup and busy a page.
1603  *
1604  * Returns NULL if the page could not be found
1605  *
1606  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1607  * be busied.
1608  *
1609  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1610  */
1611 vm_page_t
1612 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1613                                            vm_pindex_t pindex,
1614                                            int also_m_busy, int *errorp
1615                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1616 {
1617         u_int32_t busy_count;
1618         vm_page_t m;
1619
1620         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1621         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1622         *errorp = FALSE;
1623         while (m) {
1624                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1625                 busy_count = m->busy_count;
1626                 cpu_ccfence();
1627                 if (busy_count & PBUSY_LOCKED) {
1628                         *errorp = TRUE;
1629                         break;
1630                 }
1631                 if (also_m_busy && busy_count) {
1632                         *errorp = TRUE;
1633                         break;
1634                 }
1635                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, busy_count,
1636                                       busy_count | PBUSY_LOCKED)) {
1637 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1638                         m->busy_func = func;
1639                         m->busy_line = lineno;
1640 #endif
1641                         vm_page_hash_enter(m);
1642                         break;
1643                 }
1644         }
1645         return m;
1646 }
1647
1648 /*
1649  * Returns a page that is only soft-busied for use by the caller in
1650  * a read-only fashion.  Returns NULL if the page could not be found,
1651  * the soft busy could not be obtained, or the page data is invalid.
1652  */
1653 vm_page_t
1654 vm_page_lookup_sbusy_try(struct vm_object *object, vm_pindex_t pindex,
1655                          int pgoff, int pgbytes)
1656 {
1657         vm_page_t m;
1658
1659         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1660         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1661         if (m) {
1662                 if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1663                      !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1664                     (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1665                         m = NULL;
1666                 } else if (vm_page_sbusy_try(m)) {
1667                         m = NULL;
1668                 } else if ((m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL &&
1669                             !vm_page_is_valid(m, pgoff, pgbytes)) ||
1670                            (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1671                         vm_page_sbusy_drop(m);
1672                         m = NULL;
1673                 } else {
1674                         vm_page_hash_enter(m);
1675                 }
1676         }
1677         return m;
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Caller must hold the related vm_object
1682  */
1683 vm_page_t
1684 vm_page_next(vm_page_t m)
1685 {
1686         vm_page_t next;
1687
1688         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1689         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1690                 next = NULL;
1691         return (next);
1692 }
1693
1694 /*
1695  * vm_page_rename()
1696  *
1697  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1698  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1699  * on return.
1700  *
1701  * new_object must be held.
1702  * This routine might block. XXX ?
1703  *
1704  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1705  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1706  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1707  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1708  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1709  *
1710  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1711  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1712  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1713  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1714  *       on the cache.
1715  */
1716 void
1717 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1718 {
1719         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
1720         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1721         if (m->object) {
1722                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1723                 vm_page_remove(m);
1724         }
1725         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1726                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1727                       new_object, new_pindex);
1728         }
1729         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1730                 vm_page_deactivate(m);
1731         vm_page_dirty(m);
1732 }
1733
1734 /*
1735  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1736  * is to remain BUSYied by the caller.
1737  *
1738  * This routine may not block.
1739  */
1740 void
1741 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1742 {
1743         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1744         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1745         vm_page_spin_unlock(m);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1750  * if necessary.
1751  *
1752  * This routine may not block.
1753  */
1754 void
1755 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1756 {
1757         u_short queue;
1758
1759         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1760         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1761         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1762                 vm_page_spin_unlock(m);
1763                 pagedaemon_wakeup();
1764         } else {
1765                 vm_page_spin_unlock(m);
1766         }
1767 }
1768
1769 /*
1770  * vm_page_list_find()
1771  *
1772  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1773  *
1774  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1775  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1776  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1777  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1778  *
1779  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1780  * memory to cpus and physical sockets.
1781  *
1782  * Each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock and the
1783  * algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1784  * This is done by 'twisting' the colors.
1785  *
1786  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1787  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not BUSY'd.  The caller
1788  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1789  * deactivating the page and looping).
1790  *
1791  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1792  *        is available for outside callers but the only critical path is
1793  *        from within this source file.
1794  *
1795  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1796  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1797  *        first, then queue.
1798  */
1799 static __inline
1800 vm_page_t
1801 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1802 {
1803         struct vpgqueues *pq;
1804         vm_page_t m;
1805
1806         index &= PQ_L2_MASK;
1807         pq = &vm_page_queues[basequeue + index];
1808
1809         /*
1810          * Try this cpu's colored queue first.  Test for a page unlocked,
1811          * then lock the queue and locate a page.  Note that the lock order
1812          * is reversed, but we do not want to dwadle on the page spinlock
1813          * anyway as it is held significantly longer than the queue spinlock.
1814          */
1815         if (TAILQ_FIRST(&pq->pl)) {
1816                 spin_lock(&pq->spin);
1817                 TAILQ_FOREACH(m, &pq->pl, pageq) {
1818                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1819                                 continue;
1820                         KKASSERT(m->queue == basequeue + index);
1821                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1822                         return(m);
1823                 }
1824                 spin_unlock(&pq->spin);
1825         }
1826
1827         /*
1828          * If we are unable to get a page, do a more involved NUMA-aware
1829          * search.
1830          */
1831         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1832         return(m);
1833 }
1834
1835 /*
1836  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1837  * a nearby (NUMA-aware) queue.
1838  */
1839 static vm_page_t
1840 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1841 {
1842         struct vpgqueues *pq;
1843         vm_page_t m = NULL;
1844         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1845         int pqi;
1846         int i;
1847
1848         index &= PQ_L2_MASK;
1849         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1850
1851         /*
1852          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1853          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1854          *
1855          * Test each queue unlocked first, then lock the queue and locate
1856          * a page.  Note that the lock order is reversed, but we do not want
1857          * to dwadle on the page spinlock anyway as it is held significantly
1858          * longer than the queue spinlock.
1859          */
1860         do {
1861                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1862                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1863                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1864                         if (TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl)) {
1865                                 spin_lock(&pq[pqi].spin);
1866                                 TAILQ_FOREACH(m, &pq[pqi].pl, pageq) {
1867                                         if (spin_trylock(&m->spin) == 0)
1868                                                 continue;
1869                                         KKASSERT(m->queue == basequeue + pqi);
1870                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1871                                         return(m);
1872                                 }
1873                                 spin_unlock(&pq[pqi].spin);
1874                         }
1875                 }
1876         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1877
1878         return(m);
1879 }
1880
1881 /*
1882  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1883  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1884  * deactivate it if it cannot be busied!)
1885  *
1886  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1887  */
1888 vm_page_t
1889 vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1890 {
1891         return(_vm_page_list_find(basequeue, index));
1892 }
1893
1894 /*
1895  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1896  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1897  *
1898  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1899  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1900  *
1901  * This routine may not block.
1902  *
1903  */
1904 static vm_page_t
1905 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1906 {
1907         vm_page_t m;
1908
1909         for (;;) {
1910                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1911                 if (m == NULL)
1912                         break;
1913                 /*
1914                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1915                  */
1916                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1917                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1918                         vm_page_spin_unlock(m);
1919                 } else {
1920                         /*
1921                          * We successfully busied the page
1922                          */
1923                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1924                             m->hold_count == 0 &&
1925                             m->wire_count == 0 &&
1926                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1927                                 vm_page_spin_unlock(m);
1928                                 pagedaemon_wakeup();
1929                                 return(m);
1930                         }
1931
1932                         /*
1933                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1934                          */
1935                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1936                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1937                                 vm_page_spin_unlock(m);
1938                                 wakeup(m);
1939                         } else {
1940                                 vm_page_spin_unlock(m);
1941                         }
1942                 }
1943         }
1944         return (m);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Find a free page.  We attempt to inline the nominal case and fall back
1949  * to _vm_page_select_free() otherwise.  A busied page is removed from
1950  * the queue and returned.
1951  *
1952  * This routine may not block.
1953  */
1954 static __inline vm_page_t
1955 vm_page_select_free(u_short pg_color)
1956 {
1957         vm_page_t m;
1958
1959         for (;;) {
1960                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1961                 if (m == NULL)
1962                         break;
1963                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1964                         /*
1965                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1966                          * result in a busy page on the free queue.  We
1967                          * have to move the page out of the way so we can
1968                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1969                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1970                          * the pageout daemon will free the page later on.
1971                          *
1972                          * Since we could not busy the page, however, we
1973                          * cannot make assumptions as to whether the page
1974                          * will be allocated by the other thread or not,
1975                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1976                          * of the way.  In particular, if the other thread
1977                          * wires the page it may wind up on the inactive
1978                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1979                          * with that case too.
1980                          */
1981                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1982                         vm_page_spin_unlock(m);
1983                 } else {
1984                         /*
1985                          * Theoretically if we are able to busy the page
1986                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1987                          * lock) nobody else should have been able to mess
1988                          * with the page before us.
1989                          *
1990                          * Assert the page state.  Note that even though
1991                          * wiring doesn't adjust queues, a page on the free
1992                          * queue should never be wired at this point.
1993                          */
1994                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1995                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1996                         KASSERT(m->hold_count == 0,
1997                                 ("m->hold_count is not zero "
1998                                  "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
1999                                  m, m->queue, m->flags,
2000                                  m->hold_count, m->wire_count));
2001                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
2002                         vm_page_spin_unlock(m);
2003                         pagedaemon_wakeup();
2004
2005                         /* return busied and removed page */
2006                         return(m);
2007                 }
2008         }
2009         return(m);
2010 }
2011
2012 /*
2013  * vm_page_alloc()
2014  *
2015  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
2016  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
2017  *
2018  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
2019  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
2020  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
2021  *
2022  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
2023  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
2024  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
2025  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
2026  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
2027  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
2028  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
2029  *                              (see vm_page_grab())
2030  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
2031  *
2032  *      VM_ALLOC_CPU(n)         allocate using specified cpu localization
2033  *
2034  * The object must be held if not NULL
2035  * This routine may not block
2036  *
2037  * Additional special handling is required when called from an interrupt
2038  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
2039  * in this case.
2040  */
2041 vm_page_t
2042 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
2043 {
2044         globaldata_t gd;
2045         vm_object_t obj;
2046         vm_page_t m;
2047         u_short pg_color;
2048         int cpuid_local;
2049
2050 #if 0
2051         /*
2052          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
2053          * and pre-zerod for us.
2054          */
2055         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
2056                 crit_enter_gd(gd);
2057                 if (gd->gd_vmpg_count) {
2058                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
2059                         crit_exit_gd(gd);
2060                         goto done;
2061                 }
2062                 crit_exit_gd(gd);
2063         }
2064 #endif
2065         m = NULL;
2066
2067         /*
2068          * CPU LOCALIZATION
2069          *
2070          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
2071          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
2072          * id, and core_id != gd_cpuid).
2073          *
2074          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
2075          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
2076          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
2077          *
2078          * (may be executed before the APs are started, so other GDs might
2079          *  not exist!)
2080          */
2081         if (page_req & VM_ALLOC_CPU_SPEC)
2082                 cpuid_local = VM_ALLOC_GETCPU(page_req);
2083         else
2084                 cpuid_local = mycpu->gd_cpuid;
2085
2086         pg_color = vm_get_pg_color(cpuid_local, object, pindex);
2087
2088         KKASSERT(page_req & 
2089                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
2090                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2091
2092         /*
2093          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
2094          * allowed to eat deeper into the free page list.
2095          */
2096         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
2097                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
2098
2099         /*
2100          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
2101          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
2102          * livelocks, be careful.
2103          */
2104 loop:
2105         gd = mycpu;
2106         if (gd->gd_vmstats.v_free_count >= gd->gd_vmstats.v_free_reserved ||
2107             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) &&
2108              gd->gd_vmstats.v_free_count > 0) ||
2109             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) &&
2110              gd->gd_vmstats.v_cache_count == 0 &&
2111                 gd->gd_vmstats.v_free_count >
2112                 gd->gd_vmstats.v_interrupt_free_min)
2113         ) {
2114                 /*
2115                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
2116                  */
2117                 m = vm_page_select_free(pg_color);
2118         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
2119                 /*
2120                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
2121                  * success, we must free the page and try again, thus
2122                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
2123                  */
2124 #ifdef INVARIANTS
2125                 if (curthread->td_preempted) {
2126                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
2127                                 " cache page from preempting interrupt\n");
2128                         m = NULL;
2129                 } else {
2130                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
2131                 }
2132 #else
2133                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
2134 #endif
2135                 /*
2136                  * On success move the page into the free queue and loop.
2137                  *
2138                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
2139                  * because this is effectively a random page and the caller
2140                  * might be holding the lock shared, we don't want to
2141                  * deadlock.
2142                  */
2143                 if (m != NULL) {
2144                         KASSERT(m->dirty == 0,
2145                                 ("Found dirty cache page %p", m));
2146                         if ((obj = m->object) != NULL) {
2147                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
2148                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2149                                         vm_page_free(m);
2150                                         /* m->object NULL here */
2151                                         vm_object_drop(obj);
2152                                 } else {
2153                                         vm_page_deactivate(m);
2154                                         vm_page_wakeup(m);
2155                                 }
2156                         } else {
2157                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2158                                 vm_page_free(m);
2159                         }
2160                         goto loop;
2161                 }
2162
2163                 /*
2164                  * On failure return NULL
2165                  */
2166                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2167                 pagedaemon_wakeup();
2168                 return (NULL);
2169         } else {
2170                 /*
2171                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
2172                  */
2173                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
2174                 pagedaemon_wakeup();
2175                 return (NULL);
2176         }
2177
2178         /*
2179          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
2180          * page.
2181          */
2182         if (m == NULL) {
2183                 vmstats_rollup();
2184                 goto loop;
2185         }
2186
2187         /*
2188          * Good page found.  The page has already been busied for us and
2189          * removed from its queues.
2190          */
2191         KASSERT(m->dirty == 0,
2192                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
2193         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2194
2195 #if 0
2196 done:
2197 #endif
2198         /*
2199          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
2200          * all the rest.  The page has already been busied for us.
2201          */
2202         vm_page_flag_clear(m, ~PG_KEEP_NEWPAGE_MASK);
2203
2204         KKASSERT(m->wire_count == 0);
2205         KKASSERT((m->busy_count & PBUSY_MASK) == 0);
2206         m->act_count = 0;
2207         m->valid = 0;
2208
2209         /*
2210          * Caller must be holding the object lock (asserted by
2211          * vm_page_insert()).
2212          *
2213          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
2214          *       (which could cause us to block allocating memory).
2215          *
2216          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
2217          *       can be used by the caller for any purpose.
2218          */
2219         if (object) {
2220                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
2221                         vm_page_free(m);
2222                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
2223                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
2224                                       object, (long)pindex, m);
2225                         m = NULL;
2226                 }
2227         } else {
2228                 m->pindex = pindex;
2229         }
2230
2231         /*
2232          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
2233          * we would be nearly out of memory.
2234          */
2235         pagedaemon_wakeup();
2236
2237         /*
2238          * A BUSY page is returned.
2239          */
2240         return (m);
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
2245  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
2246  */
2247 vm_size_t
2248 vm_contig_avail_pages(void)
2249 {
2250         alist_blk_t blk;
2251         alist_blk_t count;
2252         alist_blk_t bfree;
2253         spin_lock(&vm_contig_spin);
2254         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
2255         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2256
2257         return bfree;
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
2262  * requirements.
2263  */
2264 vm_page_t
2265 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2266                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
2267                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
2268 {
2269         alist_blk_t blk;
2270         vm_page_t m;
2271         vm_pindex_t i;
2272 #if 0
2273         static vm_pindex_t contig_rover;
2274 #endif
2275
2276         alignment >>= PAGE_SHIFT;
2277         if (alignment == 0)
2278                 alignment = 1;
2279         boundary >>= PAGE_SHIFT;
2280         if (boundary == 0)
2281                 boundary = 1;
2282         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2283
2284 #if 0
2285         /*
2286          * Disabled temporarily until we find a solution for DRM (a flag
2287          * to always use the free space reserve, for performance).
2288          */
2289         if (high == BUS_SPACE_MAXADDR && alignment <= PAGE_SIZE &&
2290             boundary <= PAGE_SIZE && size == 1 &&
2291             memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2292                 /*
2293                  * Any page will work, use vm_page_alloc()
2294                  * (e.g. when used from kmem_alloc_attr())
2295                  */
2296                 m = vm_page_alloc(NULL, (contig_rover++) & 0x7FFFFFFF,
2297                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2298                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2299                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2300                 vm_page_wire(m);
2301                 vm_page_wakeup(m);
2302         } else
2303 #endif
2304         {
2305                 /*
2306                  * Use the low-memory dma reserve
2307                  */
2308                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2309                 blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
2310                 if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
2311                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2312                         if (bootverbose) {
2313                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
2314                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024);
2315                                 print_backtrace(5);
2316                         }
2317                         return(NULL);
2318                 }
2319                 if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
2320                         alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
2321                         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2322                         if (bootverbose) {
2323                                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
2324                                         "%016jx failed\n",
2325                                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2326                                         (intmax_t)high);
2327                         }
2328                         return(NULL);
2329                 }
2330                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2331                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
2332         }
2333         if (vm_contig_verbose) {
2334                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk "
2335                         "(%016jx-%016jx al=%lu bo=%lu pgs=%lu attr=%d\n",
2336                         (intmax_t)m->phys_addr,
2337                         (size << PAGE_SHIFT) / 1024,
2338                         low, high, alignment, boundary, size, memattr);
2339         }
2340         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT) {
2341                 for (i = 0;i < size; i++)
2342                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
2343         }
2344         return m;
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
2349  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
2350  */
2351 void
2352 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
2353 {
2354         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2355         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
2356         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2357
2358         if (vm_contig_verbose) {
2359                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
2360                         (intmax_t)pa, size / 1024);
2361         }
2362         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
2363                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
2364                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2365                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
2366                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2367         } else {
2368                 while (pages) {
2369                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
2370                         vm_page_unwire(m, 0);
2371                         vm_page_free(m);
2372                         --pages;
2373                         ++m;
2374                 }
2375
2376         }
2377 }
2378
2379
2380 /*
2381  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
2382  * operations.
2383  *
2384  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
2385  *           will trivially deadlock the system.
2386  */
2387 void
2388 vm_wait_nominal(void)
2389 {
2390         while (vm_page_count_min(0))
2391                 vm_wait(0);
2392 }
2393
2394 /*
2395  * Test if vm_wait_nominal() would block.
2396  */
2397 int
2398 vm_test_nominal(void)
2399 {
2400         if (vm_page_count_min(0))
2401                 return(1);
2402         return(0);
2403 }
2404
2405 /*
2406  * Block until free pages are available for allocation, called in various
2407  * places before memory allocations.
2408  *
2409  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
2410  * more generous then that.
2411  */
2412 void
2413 vm_wait(int timo)
2414 {
2415         /*
2416          * never wait forever
2417          */
2418         if (timo == 0)
2419                 timo = hz;
2420         lwkt_gettoken(&vm_token);
2421
2422         if (curthread == pagethread ||
2423             curthread == emergpager) {
2424                 /*
2425                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
2426                  */
2427                 if (vm_page_count_min(0)) {
2428                         vm_pageout_pages_needed = 1;
2429                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
2430                 }
2431         } else {
2432                 /*
2433                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2434                  *
2435                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2436                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
2437                  * But wait a little to try to slow down page allocations
2438                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
2439                  * allocation priority.
2440                  */
2441                 if (vm_page_count_target()) {
2442                         if (vm_pages_needed == 0) {
2443                                 vm_pages_needed = 1;
2444                                 wakeup(&vm_pages_needed);
2445                         }
2446                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2447                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
2448                 }
2449         }
2450         lwkt_reltoken(&vm_token);
2451 }
2452
2453 /*
2454  * Block until free pages are available for allocation
2455  *
2456  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
2457  * easily tracked.
2458  */
2459 void
2460 vm_wait_pfault(void)
2461 {
2462         /*
2463          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2464          *
2465          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2466          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2467          * But wait a little to try to slow down page allocations
2468          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2469          * allocation priority.
2470          */
2471         if (vm_page_count_min(0)) {
2472                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2473                 while (vm_page_count_severe()) {
2474                         if (vm_page_count_target()) {
2475                                 thread_t td;
2476
2477                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2478                                         vm_pages_needed = 1;
2479                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2480                                 }
2481                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2482                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2483
2484                                 /*
2485                                  * Do not stay stuck in the loop if the system is trying
2486                                  * to kill the process.
2487                                  */
2488                                 td = curthread;
2489                                 if (td->td_proc && (td->td_proc->p_flags & P_LOWMEMKILL))
2490                                         break;
2491                         }
2492                 }
2493                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2494         }
2495 }
2496
2497 /*
2498  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2499  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2500  *
2501  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2502  * This routine may not block.
2503  */
2504 void
2505 vm_page_activate(vm_page_t m)
2506 {
2507         u_short oqueue;
2508
2509         vm_page_spin_lock(m);
2510         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
2511                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2512                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2513                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2514
2515                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2516                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2517                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2518                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2519                                 m->act_count = ACT_INIT;
2520                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2521                 }
2522                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2523                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2524                         pagedaemon_wakeup();
2525         } else {
2526                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2527                         m->act_count = ACT_INIT;
2528                 vm_page_spin_unlock(m);
2529         }
2530 }
2531
2532 /*
2533  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2534  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2535  * queues.
2536  *
2537  * This routine may not block.
2538  */
2539 static __inline void
2540 vm_page_free_wakeup(void)
2541 {
2542         globaldata_t gd = mycpu;
2543
2544         /*
2545          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2546          * there are some free.
2547          */
2548         if (vm_pageout_pages_needed &&
2549             gd->gd_vmstats.v_cache_count + gd->gd_vmstats.v_free_count >=
2550             gd->gd_vmstats.v_pageout_free_min
2551         ) {
2552                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2553                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2554         }
2555
2556         /*
2557          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2558          *
2559          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2560          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2561          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2562          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2563          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2564          * normal target.
2565          */
2566         if (vm_pages_waiting) {
2567                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2568                     !vm_page_count_target()) {
2569                         vm_pages_waiting = 0;
2570                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2571                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2572                 }
2573 #if 0
2574                 if (!vm_page_count_target()) {
2575                         /*
2576                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2577                          */
2578                         vm_pages_waiting = 0;
2579                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2580                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2581                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2582                         /*
2583                          * Some pages are free, wakeup someone.
2584                          */
2585                         int wcount = vm_pages_waiting;
2586                         if (wcount > 0)
2587                                 --wcount;
2588                         vm_pages_waiting = wcount;
2589                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2590                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2591                 }
2592 #endif
2593         }
2594 }
2595
2596 /*
2597  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2598  * it from its VM object.
2599  *
2600  * The vm_page must be BUSY on entry.  BUSY will be released on
2601  * return (the page will have been freed).
2602  */
2603 void
2604 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2605 {
2606         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2607         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2608         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2609
2610         if ((m->busy_count & PBUSY_MASK) || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2611                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy %08x, "
2612                         "hold(%d)\n",
2613                         (u_long)m->pindex, m->busy_count, m->hold_count);
2614                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2615                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2616                 else
2617                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2618         }
2619
2620         /*
2621          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2622          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2623          * after this section (because the page was removed from any
2624          * queue).
2625          */
2626         vm_page_remove(m);
2627         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2628         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2629
2630         /*
2631          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2632          * and queue removal.
2633          */
2634         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2635                 vm_page_spin_unlock(m);
2636                 vm_page_wakeup(m);
2637                 return;
2638         }
2639
2640         m->valid = 0;
2641         vm_page_undirty(m);
2642
2643         if (m->wire_count != 0) {
2644                 if (m->wire_count > 1) {
2645                     panic(
2646                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2647                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2648                 }
2649                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2650         }
2651
2652         /*
2653          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2654          * Clear the NEED_COMMIT flag
2655          */
2656         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2657                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2658         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2659                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2660
2661         if (m->hold_count != 0) {
2662                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2663         } else {
2664                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
2665         }
2666
2667         /*
2668          * This sequence allows us to clear BUSY while still holding
2669          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2670          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2671          * deadlock.
2672          */
2673         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2674         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2675                 vm_page_spin_unlock(m);
2676                 wakeup(m);
2677         } else {
2678                 vm_page_spin_unlock(m);
2679         }
2680         vm_page_free_wakeup();
2681 }
2682
2683 /*
2684  * vm_page_unmanage()
2685  *
2686  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2687  * also removed from the paging queues, and as a consequence of no longer
2688  * being managed the pageout daemon will not touch it (since there is no
2689  * way to locate the pte mappings for the page).  madvise() calls that
2690  * mess with the pmap will also no longer operate on the page.
2691  *
2692  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2693  * will clear the flag.
2694  *
2695  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2696  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2697  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2698  * mappings.
2699  *
2700  * Caller must be holding the page busy.
2701  */
2702 void
2703 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2704 {
2705         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2706         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2707                 vm_page_unqueue(m);
2708         }
2709         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2710 }
2711
2712 /*
2713  * Mark this page as wired down by yet another map.  We do not adjust the
2714  * queue the page is on, it will be checked for wiring as-needed.
2715  *
2716  * Caller must be holding the page busy.
2717  */
2718 void
2719 vm_page_wire(vm_page_t m)
2720 {
2721         /*
2722          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2723          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2724          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2725          * pages because they are always wired.
2726          */
2727         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2728         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2729                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2730                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, 1);
2731                 }
2732                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2733                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2734         }
2735 }
2736
2737 /*
2738  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2739  *
2740  * Note that wired pages are no longer unconditionally removed from the
2741  * paging queues, so the page may already be on a queue.  Move the page
2742  * to the desired queue if necessary.
2743  *
2744  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2745  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2746  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2747  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2748  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2749  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2750  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2751  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2752  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2753  * reused more quickly.
2754  *
2755  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2756  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2757  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2758  *
2759  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2760  * put clean pages on the cache queue.
2761  *
2762  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2763  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2764  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2765  * dirty pages in the cache are not allowed.
2766  *
2767  * This routine may not block.
2768  */
2769 void
2770 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2771 {
2772         KKASSERT(m->busy_count & PBUSY_LOCKED);
2773         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2774                 /* do nothing */
2775         } else if ((int)m->wire_count <= 0) {
2776                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2777         } else {
2778                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2779                         atomic_add_long(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count,-1);
2780                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2781                                 ;
2782                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2783                                 vm_page_activate(m);
2784 #if 0
2785                                 vm_page_spin_lock(m);
2786                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2787                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2788                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2789 #endif
2790                         } else {
2791                                 vm_page_deactivate(m);
2792 #if 0
2793                                 vm_page_spin_lock(m);
2794                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2795                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2796                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2797                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2798 #endif
2799                         }
2800                 }
2801         }
2802 }
2803
2804 /*
2805  * Move the specified page to the inactive queue.
2806  *
2807  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2808  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2809  * except without unmapping it from the process address space.
2810  *
2811  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2812  * This routine may not block.  The caller does not have to hold the page
2813  * busied but should have some sort of interlock on its validity.
2814  */
2815 static void
2816 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2817 {
2818         u_short oqueue;
2819
2820         /*
2821          * Ignore if already inactive.
2822          */
2823         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2824                 return;
2825         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2826         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2827
2828         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2829                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2830                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2831                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2832                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2833                 if (athead == 0) {
2834                         atomic_add_long(
2835                                 &vm_page_queues[PQ_INACTIVE + m->pc].adds, 1);
2836                 }
2837         }
2838         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2839         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2840         /* leaves vm_page spinlocked */
2841 }
2842
2843 /*
2844  * Attempt to deactivate a page.
2845  *
2846  * No requirements.
2847  */
2848 void
2849 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2850 {
2851         vm_page_spin_lock(m);
2852         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2853         vm_page_spin_unlock(m);
2854 }
2855
2856 void
2857 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2858 {
2859         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2860 }
2861
2862 /*
2863  * Attempt to move a busied page to PQ_CACHE, then unconditionally unbusy it.
2864  *
2865  * This function returns non-zero if it successfully moved the page to
2866  * PQ_CACHE.
2867  *
2868  * This function unconditionally unbusies the page on return.
2869  */
2870 int
2871 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2872 {
2873         /*
2874          * Shortcut if we obviously cannot move the page, or if the
2875          * page is already on the cache queue.
2876          */
2877         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2878             m->queue - m->pc == PQ_CACHE ||
2879             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2880                 vm_page_wakeup(m);
2881                 return(0);
2882         }
2883
2884         /*
2885          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2886          * be moved to the cache.
2887          */
2888         vm_page_test_dirty(m);
2889         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2890                 vm_page_wakeup(m);
2891                 return(0);
2892         }
2893         vm_page_cache(m);
2894         return(1);
2895 }
2896
2897 /*
2898  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2899  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2900  *
2901  * Caller provides an unlocked/non-busied page.
2902  * No requirements.
2903  */
2904 int
2905 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2906 {
2907         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
2908                 return(0);
2909
2910         /*
2911          * The page can be in any state, including already being on the free
2912          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2913          */
2914         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2915             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2916             m->wire_count ||                    /* or wired */
2917             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2918                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2919             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2920             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2921                 vm_page_wakeup(m);
2922                 return(0);
2923         }
2924
2925         /*
2926          * We can probably free the page.
2927          *
2928          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2929          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2930          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2931          */
2932         vm_page_test_dirty(m);
2933         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2934                 vm_page_wakeup(m);
2935                 return(0);
2936         }
2937         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2938         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2939                 vm_page_wakeup(m);
2940                 return(0);
2941         }
2942         vm_page_free(m);
2943         return(1);
2944 }
2945
2946 /*
2947  * vm_page_cache
2948  *
2949  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2950  *
2951  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2952  * possibly even free the page.
2953  */
2954 void
2955 vm_page_cache(vm_page_t m)
2956 {
2957         /*
2958          * Not suitable for the cache
2959          */
2960         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2961             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2962             m->wire_count || m->hold_count) {
2963                 vm_page_wakeup(m);
2964                 return;
2965         }
2966
2967         /*
2968          * Already in the cache (and thus not mapped)
2969          */
2970         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2971                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2972                 vm_page_wakeup(m);
2973                 return;
2974         }
2975
2976         /*
2977          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2978          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2979          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2980          */
2981         if (m->dirty) {
2982                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2983                         (long)m->pindex);
2984         }
2985
2986         /*
2987          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2988          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2989          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2990          * everything.
2991          */
2992         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2993         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2994             (m->busy_count & PBUSY_MASK) ||
2995             m->wire_count || m->hold_count) {
2996                 vm_page_wakeup(m);
2997         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2998                 vm_page_deactivate(m);
2999                 vm_page_wakeup(m);
3000         } else {
3001                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
3002                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
3003                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
3004                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
3005                 vm_page_wakeup(m);
3006                 vm_page_free_wakeup();
3007         }
3008 }
3009
3010 /*
3011  * vm_page_dontneed()
3012  *
3013  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
3014  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
3015  *
3016  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
3017  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
3018  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
3019  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
3020  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
3021  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
3022  *
3023  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
3024  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
3025  * where moving them to the cache has the highest weighting.
3026  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
3027  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
3028  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
3029  * often.
3030  *
3031  * The page must be busied.
3032  */
3033 void
3034 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
3035 {
3036         static int dnweight;
3037         int dnw;
3038         int head;
3039
3040         dnw = ++dnweight;
3041
3042         /*
3043          * occassionally leave the page alone
3044          */
3045         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
3046             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
3047             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
3048         ) {
3049                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
3050                         --m->act_count;
3051                 return;
3052         }
3053
3054         /*
3055          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
3056          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
3057          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
3058          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
3059          */
3060         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
3061         pmap_clear_reference(m);
3062
3063         if (m->dirty == 0)
3064                 vm_page_test_dirty(m);
3065
3066         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
3067                 /*
3068                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
3069                  */
3070                 head = 0;
3071         } else {
3072                 /*
3073                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
3074                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
3075                  * at the head of the queue instead of the tail.
3076                  */
3077                 head = 1;
3078         }
3079         vm_page_spin_lock(m);
3080         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
3081         vm_page_spin_unlock(m);
3082 }
3083
3084 /*
3085  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
3086  * is almost like a hard BUSY except that it allows certain compatible
3087  * operations to occur on the page while it is busy.  For example, a page
3088  * undergoing a write can still be mapped read-only.
3089  *
3090  * We also use soft-busy to quickly pmap_enter shared read-only pages
3091  * without having to hold the page locked.
3092  *
3093  * The soft-busy count can be > 1 in situations where multiple threads
3094  * are pmap_enter()ing the same page simultaneously, or when two buffer
3095  * cache buffers overlap the same page.
3096  *
3097  * The caller must hold the page BUSY when making these two calls.
3098  */
3099 void
3100 vm_page_io_start(vm_page_t m)
3101 {
3102         uint32_t ocount;
3103
3104         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3105         KKASSERT(ocount & PBUSY_LOCKED);
3106 }
3107
3108 void
3109 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
3110 {
3111         uint32_t ocount;
3112
3113         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, -1);
3114         KKASSERT(ocount & PBUSY_MASK);
3115 #if 0
3116         if (((ocount - 1) & (PBUSY_LOCKED | PBUSY_MASK)) == 0)
3117                 wakeup(m);
3118 #endif
3119 }
3120
3121 /*
3122  * Attempt to soft-busy a page.  The page must not be PBUSY_LOCKED.
3123  *
3124  * We can't use fetchadd here because we might race a hard-busy and the
3125  * page freeing code asserts on a non-zero soft-busy count (even if only
3126  * temporary).
3127  *
3128  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
3129  */
3130 int
3131 vm_page_sbusy_try(vm_page_t m)
3132 {
3133         uint32_t ocount;
3134
3135         for (;;) {
3136                 ocount = m->busy_count;
3137                 cpu_ccfence();
3138                 if (ocount & PBUSY_LOCKED)
3139                         return 1;
3140                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_count, ocount, ocount + 1))
3141                         break;
3142         }
3143         return 0;
3144 #if 0
3145         if (m->busy_count & PBUSY_LOCKED)
3146                 return 1;
3147         ocount = atomic_fetchadd_int(&m->busy_count, 1);
3148         if (ocount & PBUSY_LOCKED) {
3149                 vm_page_sbusy_drop(m);
3150                 return 1;
3151         }
3152         return 0;
3153 #endif
3154 }
3155
3156 /*
3157  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
3158  * be reused.  Used by tmpfs.
3159  */
3160 void
3161 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
3162 {
3163         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
3164         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3165 }
3166
3167 void
3168 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
3169 {
3170         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
3171 }
3172
3173 /*
3174  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
3175  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
3176  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
3177  * the page).
3178  *
3179  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
3180  * page will be zero'd and marked valid.
3181  *
3182  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
3183  * valid even if it already exists.
3184  *
3185  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
3186  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
3187  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
3188  *
3189  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
3190  * always returned if we had blocked.  
3191  *
3192  * This routine may not be called from an interrupt.
3193  *
3194  * No other requirements.
3195  */
3196 vm_page_t
3197 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3198 {
3199         vm_page_t m;
3200         int error;
3201         int shared = 1;
3202
3203         KKASSERT(allocflags &
3204                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
3205         vm_object_hold_shared(object);
3206         for (;;) {
3207                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
3208                 if (error) {
3209                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
3210                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
3211                                 m = NULL;
3212                                 break;
3213                         }
3214                         /* retry */
3215                 } else if (m == NULL) {
3216                         if (shared) {
3217                                 vm_object_upgrade(object);
3218                                 shared = 0;
3219                         }
3220                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
3221                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
3222                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
3223                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
3224                         if (m)
3225                                 break;
3226                         vm_wait(0);
3227                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
3228                                 goto failed;
3229                 } else {
3230                         /* m found */
3231                         break;
3232                 }
3233         }
3234
3235         /*
3236          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
3237          *
3238          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
3239          * valid even if already valid.
3240          *
3241          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
3242          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
3243          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
3244          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
3245          *        accesors taking the fault.
3246          *
3247          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
3248          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
3249          *        for userland to access the memory.
3250          */
3251         if (m->valid == 0) {
3252                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
3253                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3254                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3255                 }
3256         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
3257                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3258                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3259         }
3260 failed:
3261         vm_object_drop(object);
3262         return(m);
3263 }
3264
3265 /*
3266  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
3267  * a page.  May not block.
3268  *
3269  * Inputs are required to range within a page.
3270  *
3271  * No requirements.
3272  * Non blocking.
3273  */
3274 int
3275 vm_page_bits(int base, int size)
3276 {
3277         int first_bit;
3278         int last_bit;
3279
3280         KASSERT(
3281             base + size <= PAGE_SIZE,
3282             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3283         );
3284
3285         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3286                 return(0);
3287
3288         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3289         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3290
3291         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
3292 }
3293
3294 /*
3295  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3296  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3297  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3298  * such chunks will be zero'd.
3299  *
3300  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
3301  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
3302  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
3303  *       lost.
3304  *
3305  * This routine may not block.
3306  *
3307  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3308  */
3309 static void
3310 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3311 {
3312         int frag;
3313         int endoff;
3314
3315         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3316                 return;
3317
3318         /*
3319          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3320          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3321          * first block.
3322          */
3323
3324         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
3325             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
3326         ) {
3327                 pmap_zero_page_area(
3328                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3329                     frag,
3330                     base - frag
3331                 );
3332         }
3333
3334         /*
3335          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
3336          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3337          * the last block.
3338          */
3339
3340         endoff = base + size;
3341
3342         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
3343             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
3344         ) {
3345                 pmap_zero_page_area(
3346                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3347                     endoff,
3348                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
3349                 );
3350         }
3351 }
3352
3353 /*
3354  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3355  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3356  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
3357  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3358  * be set again.
3359  *
3360  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3361  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3362  * the range.
3363  *
3364  * Page must be busied?
3365  * No other requirements.
3366  */
3367 void
3368 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3369 {
3370         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3371         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3372 }
3373
3374
3375 /*
3376  * Set valid bits and clear dirty bits.
3377  *
3378  * Page must be busied by caller.
3379  *
3380  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3381  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3382  *       and size.
3383  *
3384  * No other requirements.
3385  */
3386 void
3387 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3388 {
3389         int pagebits;
3390
3391         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3392         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3393         m->valid |= pagebits;
3394         m->dirty &= ~pagebits;
3395         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3396                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3397                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3398         }
3399 }
3400
3401 /*
3402  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
3403  *
3404  * Page must be busied by caller.
3405  */
3406 void
3407 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
3408 {
3409         int pagebits;
3410
3411         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3412         m->valid |= pagebits;
3413         m->dirty |= pagebits;
3414         if (m->object)
3415                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3416 }
3417
3418 /*
3419  * Clear dirty bits.
3420  *
3421  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3422  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3423  *       and size.
3424  *
3425  * Page must be busied?
3426  * No other requirements.
3427  */
3428 void
3429 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3430 {
3431         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
3432         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3433                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3434                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3435         }
3436 }
3437
3438 /*
3439  * Make the page all-dirty.
3440  *
3441  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
3442  * object may now contain a dirty page.
3443  *
3444  * Page must be busied?
3445  * No other requirements.
3446  */
3447 void
3448 vm_page_dirty(vm_page_t m)
3449 {
3450 #ifdef INVARIANTS
3451         int pqtype = m->queue - m->pc;
3452 #endif
3453         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
3454                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
3455         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
3456                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
3457                 if (m->object)
3458                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3459         }
3460 }
3461
3462 /*
3463  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3464  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3465  *
3466  * Page must be busied?
3467  * Does not block.
3468  * No other requirements.
3469  */
3470 void
3471 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3472 {
3473         int bits;
3474
3475         bits = vm_page_bits(base, size);
3476         m->valid &= ~bits;
3477         m->dirty &= ~bits;
3478         atomic_add_int(&m->object->generation, 1);
3479 }
3480
3481 /*
3482  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3483  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3484  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3485  * page so user code sees what it expects.
3486  *
3487  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3488  * into memory and the file's size is not page aligned.
3489  *
3490  * Page must be busied?
3491  * No other requirements.
3492  */
3493 void
3494 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3495 {
3496         int b;
3497         int i;
3498
3499         /*
3500          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3501          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3502          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3503          * vm_page_set_validclean().
3504          */
3505         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3506                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3507                     (m->valid & (1 << i))
3508                 ) {
3509                         if (i > b) {
3510                                 pmap_zero_page_area(
3511                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3512                                     b << DEV_BSHIFT,
3513                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3514                                 );
3515                         }
3516                         b = i + 1;
3517                 }
3518         }
3519
3520         /*
3521          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3522          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3523          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3524          */
3525         if (setvalid)
3526                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3527 }
3528
3529 /*
3530  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3531  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3532  * invalid, and TRUE otherwise.
3533  *
3534  * Does not block.
3535  * No other requirements.
3536  */
3537 int
3538 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3539 {
3540         int bits = vm_page_bits(base, size);
3541
3542         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3543                 return 1;
3544         else
3545                 return 0;
3546 }
3547
3548 /*
3549  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3550  *
3551  * Caller must hold the page busy
3552  */
3553 void
3554 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3555 {
3556         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3557                 vm_page_dirty(m);
3558         }
3559 }
3560
3561 #include "opt_ddb.h"
3562 #ifdef DDB
3563 #include <ddb/ddb.h>
3564
3565 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3566 {
3567         db_printf("vmstats.v_free_count: %ld\n", vmstats.v_free_count);
3568         db_printf("vmstats.v_cache_count: %ld\n", vmstats.v_cache_count);
3569         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %ld\n", vmstats.v_inactive_count);
3570         db_printf("vmstats.v_active_count: %ld\n", vmstats.v_active_count);
3571         db_printf("vmstats.v_wire_count: %ld\n", vmstats.v_wire_count);
3572         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %ld\n", vmstats.v_free_reserved);
3573         db_printf("vmstats.v_free_min: %ld\n", vmstats.v_free_min);
3574         db_printf("vmstats.v_free_target: %ld\n", vmstats.v_free_target);
3575         db_printf("vmstats.v_cache_min: %ld\n", vmstats.v_cache_min);
3576         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %ld\n",
3577                   vmstats.v_inactive_target);
3578 }
3579
3580 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3581 {
3582         int i;
3583         db_printf("PQ_FREE:");
3584         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3585                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3586         }
3587         db_printf("\n");
3588                 
3589         db_printf("PQ_CACHE:");
3590         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3591                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3592         }
3593         db_printf("\n");
3594
3595         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3596         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3597                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3598         }
3599         db_printf("\n");
3600
3601         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3602         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3603                 db_printf(" %ld", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3604         }
3605         db_printf("\n");
3606 }
3607 #endif /* DDB */