VFS messaging/interfacing work stage 8/99: Major reworking of the vnode
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.26 2004/09/17 10:02:12 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67 /*
68  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
69  * A VM page is the core building block for memory management.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 #include <sys/thread2.h>
93
94 static void vm_page_queue_init(void);
95 static void vm_page_free_wakeup(void);
96 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
97 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
98
99 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
100 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
101 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
102 static volatile int vm_page_bucket_generation;
103 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
104
105 static void
106 vm_page_queue_init(void) 
107 {
108         int i;
109
110         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
111                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
112         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
113                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
114
115         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
116         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
118         /* PQ_NONE has no queue */
119
120         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
121                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
122 }
123
124 /*
125  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
126  */
127 long first_page = 0;
128 int vm_page_array_size = 0;
129 int vm_page_zero_count = 0;
130 vm_page_t vm_page_array = 0;
131
132 /*
133  * (low level boot)
134  *
135  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
136  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
137  */
138 void
139 vm_set_page_size(void)
140 {
141         if (vmstats.v_page_size == 0)
142                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
143         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
144                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
145 }
146
147 /*
148  * (low level boot)
149  *
150  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
151  * are added to both the head and tail of the associated free page
152  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
153  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
154  *
155  * Must be called at splhigh().
156  */
157 vm_page_t
158 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
159 {
160         struct vpgqueues *vpq;
161         vm_page_t m;
162
163         ++vmstats.v_page_count;
164         ++vmstats.v_free_count;
165         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
166         m->phys_addr = pa;
167         m->flags = 0;
168         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
169         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
170
171         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
172         if (vpq->flipflop)
173                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
174         else
175                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
176         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
177
178         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
179         return (m);
180 }
181
182 /*
183  * (low level boot)
184  *
185  * Initializes the resident memory module.
186  *
187  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
188  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
189  * free list.
190  */
191 vm_offset_t
192 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
193 {
194         vm_offset_t mapped;
195         struct vm_page **bucket;
196         vm_size_t npages;
197         vm_paddr_t page_range;
198         vm_paddr_t new_end;
199         int i;
200         vm_paddr_t pa;
201         int nblocks;
202         vm_paddr_t last_pa;
203
204         /* the biggest memory array is the second group of pages */
205         vm_paddr_t end;
206         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
207
208         vm_paddr_t total;
209
210         total = 0;
211         biggestsize = 0;
212         biggestone = 0;
213         nblocks = 0;
214         vaddr = round_page(vaddr);
215
216         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
217                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
218                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
219         }
220
221         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
222                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
223
224                 if (size > biggestsize) {
225                         biggestone = i;
226                         biggestsize = size;
227                 }
228                 ++nblocks;
229                 total += size;
230         }
231
232         end = phys_avail[biggestone+1];
233
234         /*
235          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
236          * and the inactive queue.
237          */
238
239         vm_page_queue_init();
240
241         /*
242          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
243          *
244          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
245          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
246          * the system.  
247          *
248          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
249          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
250          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
251          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
252          *
253          * Note: This computation can be tweaked if desired.
254          */
255         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
256         bucket = vm_page_buckets;
257         if (vm_page_bucket_count == 0) {
258                 vm_page_bucket_count = 1;
259                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
260                         vm_page_bucket_count <<= 1;
261         }
262         vm_page_bucket_count <<= 1;
263         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
264
265         /*
266          * Validate these addresses.
267          */
268         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
269         new_end = trunc_page(new_end);
270         mapped = round_page(vaddr);
271         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
272             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
273         vaddr = round_page(vaddr);
274         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
275
276         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
277                 *bucket = NULL;
278                 bucket++;
279         }
280
281         /*
282          * Compute the number of pages of memory that will be available for
283          * use (taking into account the overhead of a page structure per
284          * page).
285          */
286         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
287         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
288         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
289             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
290
291         end = new_end;
292
293         /*
294          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
295          * queue.
296          */
297         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
298         mapped = vaddr;
299
300         /*
301          * Validate these addresses.
302          */
303         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
304         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
305             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
306
307         /*
308          * Clear all of the page structures
309          */
310         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
311         vm_page_array_size = page_range;
312
313         /*
314          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
315          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
316          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
317          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
318          */
319         vmstats.v_page_count = 0;
320         vmstats.v_free_count = 0;
321         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
322                 pa = phys_avail[i];
323                 if (i == biggestone)
324                         last_pa = new_end;
325                 else
326                         last_pa = phys_avail[i + 1];
327                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
328                         vm_add_new_page(pa);
329                         pa += PAGE_SIZE;
330                 }
331         }
332         return (mapped);
333 }
334
335 /*
336  * Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
337  *
338  * NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
339  * This routine may not block.
340  *
341  * We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
342  * out in the hash table without it costing us too much.
343  */
344 static __inline int
345 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
346 {
347         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
348
349         return(i & vm_page_hash_mask);
350 }
351
352 /*
353  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
354  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
355  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
356  *
357  * This routine must be called at splvm().
358  */
359 void
360 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
361 {
362         --mem->hold_count;
363         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
364         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
365                 vm_page_free_toq(mem);
366 }
367
368 /*
369  * Inserts the given mem entry into the object and object list.
370  *
371  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
372  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
373  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
374  * here so we *can't* do this anyway.
375  *
376  * This routine may not block.
377  * This routine must be called at splvm().
378  */
379 void
380 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
381 {
382         struct vm_page **bucket;
383
384         if (m->object != NULL)
385                 panic("vm_page_insert: already inserted");
386
387         /*
388          * Record the object/offset pair in this page
389          */
390         m->object = object;
391         m->pindex = pindex;
392
393         /*
394          * Insert it into the object_object/offset hash table
395          */
396         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
397         m->hnext = *bucket;
398         *bucket = m;
399         vm_page_bucket_generation++;
400
401         /*
402          * Now link into the object's list of backed pages.
403          */
404         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
405         object->generation++;
406
407         /*
408          * show that the object has one more resident page.
409          */
410         object->resident_page_count++;
411
412         /*
413          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
414          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
415          */
416         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
417                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
418 }
419
420 /*
421  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
422  * and from the object's memq.
423  *
424  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
425  * This routine may not block.
426  *
427  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.  No spl needs to be
428  * held on call to this routine.
429  *
430  * note: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
431  * it busy.
432  */
433 void
434 vm_page_remove(vm_page_t m)
435 {
436         vm_object_t object;
437         struct vm_page **bucket;
438
439         if (m->object == NULL)
440                 return;
441
442         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
443                 panic("vm_page_remove: page not busy");
444
445         object = m->object;
446
447         /*
448          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
449          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
450          *
451          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
452          * buffers with vm_page_lookup().
453          */
454         crit_enter();
455         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
456         while (*bucket != m) {
457                 if (*bucket == NULL)
458                     panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
459                 bucket = &(*bucket)->hnext;
460         }
461         *bucket = m->hnext;
462         m->hnext = NULL;
463         vm_page_bucket_generation++;
464
465         /*
466          * Now remove from the object's list of backed pages.
467          */
468         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
469
470         /*
471          * And show that the object has one fewer resident page.
472          */
473         object->resident_page_count--;
474         object->generation++;
475
476         m->object = NULL;
477         crit_exit();
478 }
479
480 /*
481  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
482  * page could not be found.
483  *
484  * This routine will operate properly without spl protection, but
485  * the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
486  * interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
487  * page we return before the caller is able to check the busy bit),
488  * the caller should generally call this routine at splvm().
489  *
490  * Callers may call this routine without spl protection if they know
491  * 'for sure' that the page will not be ripped out from under them
492  * by an interrupt.
493  */
494 vm_page_t
495 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
496 {
497         vm_page_t m;
498         struct vm_page **bucket;
499         int generation;
500
501         /*
502          * Search the hash table for this object/offset pair
503          */
504 retry:
505         generation = vm_page_bucket_generation;
506         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
507         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
508                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
509                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
510                                 goto retry;
511                         return (m);
512                 }
513         }
514         if (vm_page_bucket_generation != generation)
515                 goto retry;
516         return (NULL);
517 }
518
519 /*
520  * vm_page_rename()
521  *
522  * Move the given memory entry from its current object to the specified
523  * target object/offset.
524  *
525  * The object must be locked.
526  * This routine may not block.
527  *
528  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
529  *
530  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
531  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
532  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
533  *       moving the page from object A to B, and will then later move
534  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
535  *
536  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
537  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
538  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
539  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
540  *       on the cache.
541  */
542 void
543 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
544 {
545         crit_enter();
546         vm_page_remove(m);
547         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
548         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
549                 vm_page_deactivate(m);
550         vm_page_dirty(m);
551         vm_page_wakeup(m);
552         crit_exit();
553 }
554
555 /*
556  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
557  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
558  * caller.
559  *
560  * This routine must be called at splhigh().
561  * This routine may not block.
562  */
563 void
564 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
565 {
566         int queue = m->queue;
567         struct vpgqueues *pq;
568
569         if (queue != PQ_NONE) {
570                 pq = &vm_page_queues[queue];
571                 m->queue = PQ_NONE;
572                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
573                 (*pq->cnt)--;
574                 pq->lcnt--;
575         }
576 }
577
578 /*
579  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
580  * if necessary.
581  *
582  * This routine must be called at splhigh().
583  * This routine may not block.
584  */
585 void
586 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
587 {
588         int queue = m->queue;
589         struct vpgqueues *pq;
590
591         if (queue != PQ_NONE) {
592                 m->queue = PQ_NONE;
593                 pq = &vm_page_queues[queue];
594                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
595                 (*pq->cnt)--;
596                 pq->lcnt--;
597                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
598                         if (vm_paging_needed())
599                                 pagedaemon_wakeup();
600                 }
601         }
602 }
603
604 /*
605  * vm_page_list_find()
606  *
607  * Find a page on the specified queue with color optimization.
608  *
609  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
610  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
611  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
612  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
613  *
614  * This routine must be called at splvm().
615  * This routine may not block.
616  *
617  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
618  * is available for outside callers but the only critical path is
619  * from within this source file.
620  */
621 static __inline
622 vm_page_t
623 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
624 {
625         vm_page_t m;
626
627         if (prefer_zero)
628                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
629         else
630                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
631         if (m == NULL)
632                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
633         return(m);
634 }
635
636 static vm_page_t
637 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
638 {
639         int i;
640         vm_page_t m = NULL;
641         struct vpgqueues *pq;
642
643         pq = &vm_page_queues[basequeue];
644
645         /*
646          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
647          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
648          * blown it by missing the cache case so we do not care.
649          */
650
651         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
652                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
653                         break;
654
655                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
656                         break;
657         }
658         return(m);
659 }
660
661 vm_page_t
662 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
663 {
664         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
665 }
666
667 /*
668  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
669  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
670  * keeps us from using potentially busy cached pages.
671  *
672  * This routine must be called at splvm().
673  * This routine may not block.
674  */
675 vm_page_t
676 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
677 {
678         vm_page_t m;
679
680         while (TRUE) {
681                 m = _vm_page_list_find(
682                     PQ_CACHE,
683                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
684                     FALSE
685                 );
686                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
687                                m->hold_count || m->wire_count)) {
688                         vm_page_deactivate(m);
689                         continue;
690                 }
691                 return m;
692         }
693         /* not reached */
694 }
695
696 /*
697  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
698  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
699  * otherwise.
700  *
701  * This routine must be called at splvm().
702  * This routine may not block.
703  */
704 static __inline vm_page_t
705 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
706 {
707         vm_page_t m;
708
709         m = _vm_page_list_find(
710                 PQ_FREE,
711                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
712                 prefer_zero
713         );
714         return(m);
715 }
716
717 /*
718  * vm_page_alloc()
719  *
720  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
721  * pair.
722  *
723  *      page_req classes:
724  *
725  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
726  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
727  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
728  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
729  *
730  * The object must be locked.
731  * This routine may not block.
732  * The returned page will be marked PG_BUSY
733  *
734  * Additional special handling is required when called from an interrupt
735  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
736  * in this case.
737  */
738 vm_page_t
739 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
740 {
741         vm_page_t m = NULL;
742
743         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
744                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
745         KKASSERT(page_req & 
746                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
747
748         /*
749          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
750          */
751         if (curthread == pagethread)
752                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
753
754         crit_enter();
755 loop:
756         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
757             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
758             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
759                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
760         ) {
761                 /*
762                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
763                  */
764                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
765                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
766                 else
767                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
768         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
769                 /*
770                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
771                  * success, we must free the page and try again, thus
772                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
773                  */
774 #ifdef INVARIANTS
775                 if (curthread->td_preempted) {
776                         printf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
777                                 " cache page from preempting interrupt\n");
778                         m = NULL;
779                 } else {
780                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
781                 }
782 #else
783                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
784 #endif
785                 /*
786                  * On success move the page into the free queue and loop.
787                  */
788                 if (m != NULL) {
789                         KASSERT(m->dirty == 0,
790                             ("Found dirty cache page %p", m));
791                         vm_page_busy(m);
792                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
793                         vm_page_free(m);
794                         goto loop;
795                 }
796
797                 /*
798                  * On failure return NULL
799                  */
800                 crit_exit();
801 #if defined(DIAGNOSTIC)
802                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
803                         printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
804 #endif
805                 vm_pageout_deficit++;
806                 pagedaemon_wakeup();
807                 return (NULL);
808         } else {
809                 /*
810                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
811                  */
812                 crit_exit();
813                 vm_pageout_deficit++;
814                 pagedaemon_wakeup();
815                 return (NULL);
816         }
817
818         /*
819          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
820          * a critical section.
821          */
822         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
823
824         /*
825          * Remove from free queue
826          */
827         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
828
829         /*
830          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
831          * the page PG_BUSY
832          */
833         if (m->flags & PG_ZERO) {
834                 vm_page_zero_count--;
835                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
836         } else {
837                 m->flags = PG_BUSY;
838         }
839         m->wire_count = 0;
840         m->hold_count = 0;
841         m->act_count = 0;
842         m->busy = 0;
843         m->valid = 0;
844         KASSERT(m->dirty == 0, 
845                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
846
847         /*
848          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
849          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
850          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
851          * anywhere.
852          */
853         vm_page_insert(m, object, pindex);
854
855         /*
856          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
857          * we would be nearly out of memory.
858          */
859         if (vm_paging_needed())
860                 pagedaemon_wakeup();
861
862         crit_exit();
863
864         /*
865          * A PG_BUSY page is returned.
866          */
867         return (m);
868 }
869
870 /*
871  * Block until free pages are available for allocation, called in various
872  * places before memory allocations.
873  */
874 void
875 vm_wait(void)
876 {
877         int s;
878
879         s = splvm();
880         if (curthread == pagethread) {
881                 vm_pageout_pages_needed = 1;
882                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
883         } else {
884                 if (!vm_pages_needed) {
885                         vm_pages_needed = 1;
886                         wakeup(&vm_pages_needed);
887                 }
888                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
889         }
890         splx(s);
891 }
892
893 /*
894  * Block until free pages are available for allocation
895  *
896  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
897  * easily tracked.
898  *
899  * Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
900  * processes will be able to grab memory first.  Do not change
901  * this balance without careful testing first.
902  */
903 void
904 vm_waitpfault(void)
905 {
906         int s;
907
908         s = splvm();
909         if (!vm_pages_needed) {
910                 vm_pages_needed = 1;
911                 wakeup(&vm_pages_needed);
912         }
913         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
914         splx(s);
915 }
916
917 /*
918  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
919  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
920  *
921  * The page queues must be locked.
922  * This routine may not block.
923  */
924 void
925 vm_page_activate(vm_page_t m)
926 {
927         crit_enter();
928         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
929                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
930                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
931
932                 vm_page_unqueue(m);
933
934                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
935                         m->queue = PQ_ACTIVE;
936                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
937                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
938                                             m, pageq);
939                         if (m->act_count < ACT_INIT)
940                                 m->act_count = ACT_INIT;
941                         vmstats.v_active_count++;
942                 }
943         } else {
944                 if (m->act_count < ACT_INIT)
945                         m->act_count = ACT_INIT;
946         }
947         crit_exit();
948 }
949
950 /*
951  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
952  * routine is called when a page has been added to the cache or free
953  * queues.
954  *
955  * This routine may not block.
956  * This routine must be called at splvm()
957  */
958 static __inline void
959 vm_page_free_wakeup(void)
960 {
961         /*
962          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
963          * some free.
964          */
965         if (vm_pageout_pages_needed &&
966             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
967             vmstats.v_pageout_free_min
968         ) {
969                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
970                 vm_pageout_pages_needed = 0;
971         }
972
973         /*
974          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
975          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
976          * lots of memory. this process will swapin processes.
977          */
978         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
979                 vm_pages_needed = 0;
980                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
981         }
982 }
983
984 /*
985  *      vm_page_free_toq:
986  *
987  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
988  *      any VM object.
989  *
990  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
991  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
992  *      on entry.
993  *
994  *      This routine may not block.
995  */
996 void
997 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
998 {
999         struct vpgqueues *pq;
1000
1001         crit_enter();
1002         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1003
1004         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1005                 printf(
1006                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1007                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1008                     m->hold_count);
1009                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1010                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1011                 else
1012                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1013         }
1014
1015         /*
1016          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1017          * the page here because we do not want to call the pager's
1018          * callback routine until after we've put the page on the
1019          * appropriate free queue.
1020          */
1021         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1022         vm_page_remove(m);
1023
1024         /*
1025          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1026          * and queue removal.
1027          */
1028         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1029                 vm_page_wakeup(m);
1030                 crit_exit();
1031                 return;
1032         }
1033
1034         m->valid = 0;
1035         vm_page_undirty(m);
1036
1037         if (m->wire_count != 0) {
1038                 if (m->wire_count > 1) {
1039                     panic(
1040                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1041                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1042                 }
1043                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1044         }
1045
1046         /*
1047          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1048          */
1049         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1050             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1051         } else {
1052 #ifdef __alpha__
1053             pmap_page_is_free(m);
1054 #endif
1055         }
1056
1057         if (m->hold_count != 0) {
1058                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1059                 m->queue = PQ_HOLD;
1060         } else {
1061                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1062         }
1063         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1064         pq->lcnt++;
1065         ++(*pq->cnt);
1066
1067         /*
1068          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1069          * first ) and non-zerod pages at the head.
1070          */
1071         if (m->flags & PG_ZERO) {
1072                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1073                 ++vm_page_zero_count;
1074         } else {
1075                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1076         }
1077         vm_page_wakeup(m);
1078         vm_page_free_wakeup();
1079         crit_exit();
1080 }
1081
1082 /*
1083  * vm_page_unmanage()
1084  *
1085  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1086  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1087  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1088  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1089  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1090  * operate on the page.
1091  *
1092  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1093  * will clear the flag.
1094  *
1095  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1096  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1097  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1098  * mappings.
1099  */
1100 void
1101 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1102 {
1103         int s;
1104
1105         s = splvm();
1106         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1107                 if (m->wire_count == 0)
1108                         vm_page_unqueue(m);
1109         }
1110         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1111         splx(s);
1112 }
1113
1114 /*
1115  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1116  * paging queues as necessary.
1117  *
1118  * The page queues must be locked.
1119  * This routine may not block.
1120  */
1121 void
1122 vm_page_wire(vm_page_t m)
1123 {
1124         int s;
1125
1126         /*
1127          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1128          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1129          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1130          * pages because they are always wired.
1131          */
1132         s = splvm();
1133         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1134                 if (m->wire_count == 0) {
1135                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1136                                 vm_page_unqueue(m);
1137                         vmstats.v_wire_count++;
1138                 }
1139                 m->wire_count++;
1140                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1141                     ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1142         }
1143         splx(s);
1144         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1145 }
1146
1147 /*
1148  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1149  *
1150  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1151  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1152  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1153  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1154  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1155  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1156  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1157  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1158  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1159  * reused more quickly.
1160  *
1161  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1162  * put clean pages on the cache queue.
1163  *
1164  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1165  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1166  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1167  * dirty pages in the cache are not allowed.
1168  *
1169  * The page queues must be locked.
1170  * This routine may not block.
1171  */
1172 void
1173 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1174 {
1175         int s;
1176
1177         s = splvm();
1178         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1179                 /* do nothing */
1180         } else if (m->wire_count <= 0) {
1181                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1182         } else {
1183                 if (--m->wire_count == 0) {
1184                         --vmstats.v_wire_count;
1185                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1186                                 ;
1187                         } else if (activate) {
1188                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1189                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1190                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1191                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1192                                 vmstats.v_active_count++;
1193                         } else {
1194                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1195                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1196                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1197                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1198                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1199                                 vmstats.v_inactive_count++;
1200                         }
1201                 }
1202         }
1203         splx(s);
1204 }
1205
1206
1207 /*
1208  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1209  * any associated swap, the swap is deallocated.
1210  *
1211  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1212  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1213  * except without unmapping it from the process address space.
1214  *
1215  * This routine may not block.
1216  */
1217 static __inline void
1218 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1219 {
1220         int s;
1221
1222         /*
1223          * Ignore if already inactive.
1224          */
1225         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1226                 return;
1227
1228         s = splvm();
1229         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1230                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1231                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1232                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1233                 vm_page_unqueue(m);
1234                 if (athead)
1235                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1236                 else
1237                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1238                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1239                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1240                 vmstats.v_inactive_count++;
1241         }
1242         splx(s);
1243 }
1244
1245 void
1246 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1247 {
1248     _vm_page_deactivate(m, 0);
1249 }
1250
1251 /*
1252  * vm_page_try_to_cache:
1253  *
1254  * Returns 0 on failure, 1 on success
1255  */
1256 int
1257 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1258 {
1259         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1260             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1261                 return(0);
1262         }
1263         vm_page_test_dirty(m);
1264         if (m->dirty)
1265                 return(0);
1266         vm_page_cache(m);
1267         return(1);
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1272  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1273  */
1274 int
1275 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1276 {
1277         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1278             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1279                 return(0);
1280         }
1281         vm_page_test_dirty(m);
1282         if (m->dirty)
1283                 return(0);
1284         vm_page_busy(m);
1285         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1286         vm_page_free(m);
1287         return(1);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * vm_page_cache
1292  *
1293  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1294  *
1295  * This routine may not block.
1296  */
1297 void
1298 vm_page_cache(vm_page_t m)
1299 {
1300         int s;
1301
1302         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1303                         m->wire_count || m->hold_count) {
1304                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1305                 return;
1306         }
1307         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1308                 return;
1309
1310         /*
1311          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1312          * writeable or mapped.
1313          */
1314
1315         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1316         if (m->dirty != 0) {
1317                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1318                         (long)m->pindex);
1319         }
1320         s = splvm();
1321         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1322         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1323         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1324         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1325         vmstats.v_cache_count++;
1326         vm_page_free_wakeup();
1327         splx(s);
1328 }
1329
1330 /*
1331  * vm_page_dontneed()
1332  *
1333  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1334  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1335  *
1336  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1337  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1338  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1339  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1340  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1341  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1342  *
1343  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1344  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1345  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1346  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1347  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1348  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1349  * often.
1350  */
1351 void
1352 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1353 {
1354         static int dnweight;
1355         int dnw;
1356         int head;
1357
1358         dnw = ++dnweight;
1359
1360         /*
1361          * occassionally leave the page alone
1362          */
1363
1364         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1365             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1366             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1367         ) {
1368                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1369                         --m->act_count;
1370                 return;
1371         }
1372
1373         if (m->dirty == 0)
1374                 vm_page_test_dirty(m);
1375
1376         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1377                 /*
1378                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1379                  */
1380                 head = 0;
1381         } else {
1382                 /*
1383                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1384                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1385                  * at the head of the queue instead of the tail.
1386                  */
1387                 head = 1;
1388         }
1389         _vm_page_deactivate(m, head);
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1394  * A busy page is returned or NULL.
1395  *
1396  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1397  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1398  *
1399  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1400  * always returned if we had blocked.  
1401  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1402  * This routine may not be called from an interrupt.
1403  * The returned page may not be entirely valid.
1404  *
1405  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1406  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1407  * index.
1408  */
1409 vm_page_t
1410 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1411 {
1412         vm_page_t m;
1413         int s, generation;
1414
1415         KKASSERT(allocflags &
1416                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1417         s = splvm();
1418 retrylookup:
1419         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1420                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1421                         generation = object->generation;
1422
1423                         while ((object->generation == generation) &&
1424                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1425                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1426                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1427                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1428                                         m = NULL;
1429                                         goto done;
1430                                 }
1431                         }
1432                         goto retrylookup;
1433                 } else {
1434                         vm_page_busy(m);
1435                         goto done;
1436                 }
1437         }
1438         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1439         if (m == NULL) {
1440                 vm_wait();
1441                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1442                         goto done;
1443                 goto retrylookup;
1444         }
1445 done:
1446         splx(s);
1447         return(m);
1448 }
1449
1450 /*
1451  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1452  * a page.  May not block.
1453  *
1454  * Inputs are required to range within a page.
1455  */
1456 __inline int
1457 vm_page_bits(int base, int size)
1458 {
1459         int first_bit;
1460         int last_bit;
1461
1462         KASSERT(
1463             base + size <= PAGE_SIZE,
1464             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1465         );
1466
1467         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1468                 return(0);
1469
1470         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1471         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1472
1473         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1478  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1479  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1480  * such chunks will be zero'd.
1481  *
1482  * This routine may not block.
1483  *
1484  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1485  */
1486 void
1487 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1488 {
1489         int pagebits;
1490         int frag;
1491         int endoff;
1492
1493         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1494                 return;
1495
1496         /*
1497          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1498          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1499          * first block.
1500          */
1501
1502         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1503             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1504         ) {
1505                 pmap_zero_page_area(
1506                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1507                     frag,
1508                     base - frag
1509                 );
1510         }
1511
1512         /*
1513          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1514          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1515          * the last block.
1516          */
1517
1518         endoff = base + size;
1519
1520         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1521             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1522         ) {
1523                 pmap_zero_page_area(
1524                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1525                     endoff,
1526                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1527                 );
1528         }
1529
1530         /*
1531          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1532          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1533          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1534          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1535          * be set again.
1536          *
1537          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1538          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1539          * the range.
1540          */
1541
1542         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1543         m->valid |= pagebits;
1544 #if 0   /* NOT YET */
1545         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1546                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1547                 base += frag;
1548                 size -= frag;
1549                 if (size < 0)
1550                     size = 0;
1551         }
1552         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1553 #endif
1554         m->dirty &= ~pagebits;
1555         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1556                 pmap_clear_modify(m);
1557                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1558         }
1559 }
1560
1561 void
1562 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1563 {
1564         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1565 }
1566
1567 /*
1568  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1569  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1570  *
1571  * May not block.
1572  */
1573 void
1574 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1575 {
1576         int bits;
1577
1578         bits = vm_page_bits(base, size);
1579         m->valid &= ~bits;
1580         m->dirty &= ~bits;
1581         m->object->generation++;
1582 }
1583
1584 /*
1585  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1586  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1587  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1588  * page so user code sees what it expects.
1589  *
1590  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1591  * into memory and the file's size is not page aligned.
1592  */
1593 void
1594 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1595 {
1596         int b;
1597         int i;
1598
1599         /*
1600          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1601          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1602          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1603          * vm_page_set_validclean().
1604          */
1605         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1606                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1607                     (m->valid & (1 << i))
1608                 ) {
1609                         if (i > b) {
1610                                 pmap_zero_page_area(
1611                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1612                                     b << DEV_BSHIFT,
1613                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1614                                 );
1615                         }
1616                         b = i + 1;
1617                 }
1618         }
1619
1620         /*
1621          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1622          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1623          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1624          */
1625         if (setvalid)
1626                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1627 }
1628
1629 /*
1630  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1631  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1632  * invalid, and TRUE otherwise.
1633  *
1634  * May not block.
1635  */
1636 int
1637 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1638 {
1639         int bits = vm_page_bits(base, size);
1640
1641         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1642                 return 1;
1643         else
1644                 return 0;
1645 }
1646
1647 /*
1648  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1649  */
1650 void
1651 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1652 {
1653         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1654                 vm_page_dirty(m);
1655         }
1656 }
1657
1658 #include "opt_ddb.h"
1659 #ifdef DDB
1660 #include <sys/kernel.h>
1661
1662 #include <ddb/ddb.h>
1663
1664 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1665 {
1666         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1667         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1668         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1669         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1670         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1671         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1672         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1673         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1674         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1675         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1676 }
1677
1678 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1679 {
1680         int i;
1681         db_printf("PQ_FREE:");
1682         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1683                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1684         }
1685         db_printf("\n");
1686                 
1687         db_printf("PQ_CACHE:");
1688         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1689                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1690         }
1691         db_printf("\n");
1692
1693         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1694                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1695                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1696 }
1697 #endif /* DDB */