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