kernel - Move action_list out of vm_page, and change flags from 16->32 bits
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
19  *    must display the following acknowledgement:
20  *      This product includes software developed by the University of
21  *      California, Berkeley and its contributors.
22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
24  *    without specific prior written permission.
25  *
26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
39  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
40  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.40 2008/08/25 17:01:42 dillon Exp $
41  */
42
43 /*
44  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
45  * All rights reserved.
46  *
47  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
48  *
49  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
50  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
51  * notice and this permission notice appear in all copies of the
52  * software, derivative works or modified versions, and any portions
53  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
54  *
55  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
56  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
57  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
58  *
59  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
60  *
61  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
62  *  School of Computer Science
63  *  Carnegie Mellon University
64  *  Pittsburgh PA 15213-3890
65  *
66  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
67  * rights to redistribute these changes.
68  */
69 /*
70  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
71  * A VM page is the core building block for memory management.
72  */
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/malloc.h>
77 #include <sys/proc.h>
78 #include <sys/vmmeter.h>
79 #include <sys/vnode.h>
80
81 #include <vm/vm.h>
82 #include <vm/vm_param.h>
83 #include <sys/lock.h>
84 #include <vm/vm_kern.h>
85 #include <vm/pmap.h>
86 #include <vm/vm_map.h>
87 #include <vm/vm_object.h>
88 #include <vm/vm_page.h>
89 #include <vm/vm_pageout.h>
90 #include <vm/vm_pager.h>
91 #include <vm/vm_extern.h>
92 #include <vm/swap_pager.h>
93
94 #include <machine/md_var.h>
95
96 #include <vm/vm_page2.h>
97 #include <sys/mplock2.h>
98
99 #define VMACTION_HSIZE  256
100 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
101
102 static void vm_page_queue_init(void);
103 static void vm_page_free_wakeup(void);
104 static vm_page_t vm_page_select_cache(vm_object_t, vm_pindex_t);
105 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
106
107 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT]; /* Array of tailq lists */
108
109 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
110 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
111
112
113 #define ASSERT_IN_CRIT_SECTION()        KKASSERT(crit_test(curthread));
114
115 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
116              vm_pindex_t, pindex);
117
118 static void
119 vm_page_queue_init(void) 
120 {
121         int i;
122
123         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
124                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
125         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
126                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
127
128         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
129         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
130         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
131         /* PQ_NONE has no queue */
132
133         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
134                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
135
136         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
137                 LIST_INIT(&action_list[i]);
138 }
139
140 /*
141  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
142  */
143 long first_page = 0;
144 int vm_page_array_size = 0;
145 int vm_page_zero_count = 0;
146 vm_page_t vm_page_array = 0;
147
148 /*
149  * (low level boot)
150  *
151  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
152  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
153  */
154 void
155 vm_set_page_size(void)
156 {
157         if (vmstats.v_page_size == 0)
158                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
159         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
160                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
161 }
162
163 /*
164  * (low level boot)
165  *
166  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
167  * are added to both the head and tail of the associated free page
168  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
169  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
170  *
171  * Must be called in a critical section.
172  */
173 vm_page_t
174 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
175 {
176         struct vpgqueues *vpq;
177         vm_page_t m;
178
179         ++vmstats.v_page_count;
180         ++vmstats.v_free_count;
181         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
182         m->phys_addr = pa;
183         m->flags = 0;
184         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
185         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
186         KKASSERT(m->dirty == 0);
187
188         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
189         if (vpq->flipflop)
190                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
191         else
192                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
193         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
194
195         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
196         return (m);
197 }
198
199 /*
200  * (low level boot)
201  *
202  * Initializes the resident memory module.
203  *
204  * Allocates memory for the page cells, and for the object/offset-to-page
205  * hash table headers.  Each page cell is initialized and placed on the
206  * free list.
207  *
208  * starta/enda represents the range of physical memory addresses available
209  * for use (skipping memory already used by the kernel), subject to
210  * phys_avail[].  Note that phys_avail[] has already mapped out memory
211  * already in use by the kernel.
212  */
213 vm_offset_t
214 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
215 {
216         vm_offset_t mapped;
217         vm_size_t npages;
218         vm_paddr_t page_range;
219         vm_paddr_t new_end;
220         int i;
221         vm_paddr_t pa;
222         int nblocks;
223         vm_paddr_t last_pa;
224         vm_paddr_t end;
225         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
226         vm_paddr_t total;
227
228         total = 0;
229         biggestsize = 0;
230         biggestone = 0;
231         nblocks = 0;
232         vaddr = round_page(vaddr);
233
234         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
235                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
236                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
237         }
238
239         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
240                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
241
242                 if (size > biggestsize) {
243                         biggestone = i;
244                         biggestsize = size;
245                 }
246                 ++nblocks;
247                 total += size;
248         }
249
250         end = phys_avail[biggestone+1];
251         end = trunc_page(end);
252
253         /*
254          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
255          * and the inactive queue.
256          */
257
258         vm_page_queue_init();
259
260         /* VKERNELs don't support minidumps and as such don't need vm_page_dump */
261 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
262         /*
263          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
264          * needs to be included in a minidump.
265          *
266          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
267          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
268          *
269          * However, i386 still needs this workspace internally within the
270          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
271          * included should the sf_buf code decide to use them.
272          */
273         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
274         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
275         end -= vm_page_dump_size;
276         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
277             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
278         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
279 #endif
280
281         /*
282          * Compute the number of pages of memory that will be available for
283          * use (taking into account the overhead of a page structure per
284          * page).
285          */
286         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
287         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
288         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
289
290         /*
291          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
292          * queue.
293          */
294         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
295         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
296             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
297         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
298
299 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
300         /*
301          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
302          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
303          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
304          */
305         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
306                 dump_add_page(pa);
307 #endif
308
309         /*
310          * Clear all of the page structures
311          */
312         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
313         vm_page_array_size = page_range;
314
315         /*
316          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
317          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
318          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
319          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
320          */
321         vmstats.v_page_count = 0;
322         vmstats.v_free_count = 0;
323         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
324                 pa = phys_avail[i];
325                 if (i == biggestone)
326                         last_pa = new_end;
327                 else
328                         last_pa = phys_avail[i + 1];
329                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
330                         vm_add_new_page(pa);
331                         pa += PAGE_SIZE;
332                 }
333         }
334         return (vaddr);
335 }
336
337 /*
338  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
339  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
340  */
341 int
342 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
343 {
344         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
345
346         if (p->pindex < info->start_pindex)
347                 return(-1);
348         if (p->pindex > info->end_pindex)
349                 return(1);
350         return(0);
351 }
352
353 int
354 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
355 {
356         if (p1->pindex < p2->pindex)
357                 return(-1);
358         if (p1->pindex > p2->pindex)
359                 return(1);
360         return(0);
361 }
362
363 /*
364  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
365  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
366  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
367  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
368  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
369  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
370  * page from being disassociated from its object too).
371  *
372  * The caller must hold vm_token.
373  *
374  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
375  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
376  * before manipulating the page.
377  */
378 void
379 vm_page_hold(vm_page_t m)
380 {
381         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
382         ++m->hold_count;
383 }
384
385 /*
386  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
387  * which places it on the PQ_HOLD queue.  We must call vm_page_free_toq()
388  * in this case to actually free it once the hold count drops to 0.
389  *
390  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired,
391  * but otherwise does not need to.
392  */
393 void
394 vm_page_unhold(vm_page_t m)
395 {
396         lwkt_gettoken(&vm_token);
397         --m->hold_count;
398         KASSERT(m->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
399         if (m->hold_count == 0 && m->queue == PQ_HOLD) {
400                 vm_page_busy(m);
401                 vm_page_free_toq(m);
402         }
403         lwkt_reltoken(&vm_token);
404 }
405
406 /*
407  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
408  *
409  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
410  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
411  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
412  * here so we *can't* do this anyway.
413  *
414  * This routine may not block.
415  * This routine must be called with the vm_token held.
416  * This routine must be called with a critical section held.
417  */
418 void
419 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
420 {
421         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
422         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
423         if (m->object != NULL)
424                 panic("vm_page_insert: already inserted");
425
426         /*
427          * Record the object/offset pair in this page
428          */
429         m->object = object;
430         m->pindex = pindex;
431
432         /*
433          * Insert it into the object.
434          */
435         vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m);
436         object->generation++;
437
438         /*
439          * show that the object has one more resident page.
440          */
441         object->resident_page_count++;
442
443         /*
444          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
445          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
446          */
447         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
448                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
449
450         /*
451          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
452          */
453         swap_pager_page_inserted(m);
454 }
455
456 /*
457  * Removes the given vm_page_t from the global (object,index) hash table
458  * and from the object's memq.
459  *
460  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
461  * This routine may not block.
462  *
463  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
464  * No other requirements.
465  *
466  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
467  *       it busy.
468  */
469 void
470 vm_page_remove(vm_page_t m)
471 {
472         vm_object_t object;
473
474         crit_enter();
475         lwkt_gettoken(&vm_token);
476         if (m->object == NULL) {
477                 lwkt_reltoken(&vm_token);
478                 crit_exit();
479                 return;
480         }
481
482         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
483                 panic("vm_page_remove: page not busy");
484
485         object = m->object;
486
487         /*
488          * Remove the page from the object and update the object.
489          */
490         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
491         object->resident_page_count--;
492         object->generation++;
493         m->object = NULL;
494
495         lwkt_reltoken(&vm_token);
496         crit_exit();
497 }
498
499 /*
500  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
501  * page could not be found.
502  *
503  * The caller must hold vm_token.
504  */
505 vm_page_t
506 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
507 {
508         vm_page_t m;
509
510         /*
511          * Search the hash table for this object/offset pair
512          */
513         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
514         crit_enter();
515         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
516         crit_exit();
517         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
518         return(m);
519 }
520
521 /*
522  * vm_page_rename()
523  *
524  * Move the given memory entry from its current object to the specified
525  * target object/offset.
526  *
527  * The object must be locked.
528  * This routine may not block.
529  *
530  * Note: This routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
531  *
532  * Note: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
533  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
534  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
535  *       moving the page from object A to B, and will then later move
536  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
537  *
538  * Note: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
539  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
540  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
541  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
542  *       on the cache.
543  */
544 void
545 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
546 {
547         crit_enter();
548         lwkt_gettoken(&vm_token);
549         vm_page_remove(m);
550         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
551         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
552                 vm_page_deactivate(m);
553         vm_page_dirty(m);
554         vm_page_wakeup(m);
555         lwkt_reltoken(&vm_token);
556         crit_exit();
557 }
558
559 /*
560  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
561  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
562  * caller.
563  *
564  * The caller must hold vm_token
565  * This routine may not block.
566  */
567 void
568 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
569 {
570         int queue = m->queue;
571         struct vpgqueues *pq;
572
573         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
574         if (queue != PQ_NONE) {
575                 pq = &vm_page_queues[queue];
576                 m->queue = PQ_NONE;
577                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
578                 (*pq->cnt)--;
579                 pq->lcnt--;
580         }
581 }
582
583 /*
584  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
585  * if necessary.
586  *
587  * The caller must hold vm_token
588  * This routine may not block.
589  */
590 void
591 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
592 {
593         int queue = m->queue;
594         struct vpgqueues *pq;
595
596         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
597         if (queue != PQ_NONE) {
598                 m->queue = PQ_NONE;
599                 pq = &vm_page_queues[queue];
600                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
601                 (*pq->cnt)--;
602                 pq->lcnt--;
603                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
604                         pagedaemon_wakeup();
605         }
606 }
607
608 /*
609  * vm_page_list_find()
610  *
611  * Find a page on the specified queue with color optimization.
612  *
613  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
614  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
615  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
616  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
617  *
618  * Must be called with vm_token held.
619  * This routine may not block.
620  *
621  * Note that this routine is carefully inlined.  A non-inlined version
622  * is available for outside callers but the only critical path is
623  * from within this source file.
624  */
625 static __inline
626 vm_page_t
627 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
628 {
629         vm_page_t m;
630
631         if (prefer_zero)
632                 m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
633         else
634                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
635         if (m == NULL)
636                 m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
637         return(m);
638 }
639
640 static vm_page_t
641 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
642 {
643         int i;
644         vm_page_t m = NULL;
645         struct vpgqueues *pq;
646
647         pq = &vm_page_queues[basequeue];
648
649         /*
650          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
651          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
652          * blown it by missing the cache case so we do not care.
653          */
654
655         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
656                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
657                         break;
658
659                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
660                         break;
661         }
662         return(m);
663 }
664
665 /*
666  * Must be called with vm_token held if the caller desired non-blocking
667  * operation and a stable result.
668  */
669 vm_page_t
670 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
671 {
672         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
673 }
674
675 /*
676  * Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
677  * might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
678  * keeps us from using potentially busy cached pages.
679  *
680  * This routine may not block.
681  * Must be called with vm_token held.
682  */
683 vm_page_t
684 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
685 {
686         vm_page_t m;
687
688         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
689         while (TRUE) {
690                 m = _vm_page_list_find(
691                     PQ_CACHE,
692                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
693                     FALSE
694                 );
695                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
696                                m->hold_count || m->wire_count)) {
697                         vm_page_deactivate(m);
698                         continue;
699                 }
700                 return m;
701         }
702         /* not reached */
703 }
704
705 /*
706  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
707  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
708  * otherwise.
709  *
710  * This routine must be called with a critical section held.
711  * This routine may not block.
712  */
713 static __inline vm_page_t
714 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
715 {
716         vm_page_t m;
717
718         m = _vm_page_list_find(
719                 PQ_FREE,
720                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
721                 prefer_zero
722         );
723         return(m);
724 }
725
726 /*
727  * vm_page_alloc()
728  *
729  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
730  * pair.
731  *
732  *      page_req classes:
733  *
734  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
735  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
736  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
737  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
738  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
739  *
740  * The object must be locked.
741  * This routine may not block.
742  * The returned page will be marked PG_BUSY
743  *
744  * Additional special handling is required when called from an interrupt
745  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
746  * in this case.
747  */
748 vm_page_t
749 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
750 {
751         vm_page_t m = NULL;
752
753         crit_enter();
754         lwkt_gettoken(&vm_token);
755         
756         KKASSERT(object != NULL);
757         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
758                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
759         KKASSERT(page_req & 
760                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
761                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
762
763         /*
764          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
765          * allowed to eat deeper into the free page list.
766          */
767         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
768                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
769
770 loop:
771         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
772             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
773             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
774                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
775         ) {
776                 /*
777                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
778                  */
779                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
780                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
781                 else
782                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
783         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
784                 /*
785                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
786                  * success, we must free the page and try again, thus
787                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
788                  */
789 #ifdef INVARIANTS
790                 if (curthread->td_preempted) {
791                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
792                                 " cache page from preempting interrupt\n");
793                         m = NULL;
794                 } else {
795                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
796                 }
797 #else
798                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
799 #endif
800                 /*
801                  * On success move the page into the free queue and loop.
802                  */
803                 if (m != NULL) {
804                         KASSERT(m->dirty == 0,
805                             ("Found dirty cache page %p", m));
806                         vm_page_busy(m);
807                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
808                         vm_page_free(m);
809                         goto loop;
810                 }
811
812                 /*
813                  * On failure return NULL
814                  */
815                 lwkt_reltoken(&vm_token);
816                 crit_exit();
817 #if defined(DIAGNOSTIC)
818                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
819                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
820 #endif
821                 vm_pageout_deficit++;
822                 pagedaemon_wakeup();
823                 return (NULL);
824         } else {
825                 /*
826                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
827                  */
828                 lwkt_reltoken(&vm_token);
829                 crit_exit();
830                 vm_pageout_deficit++;
831                 pagedaemon_wakeup();
832                 return (NULL);
833         }
834
835         /*
836          * Good page found.  The page has not yet been busied.  We are in
837          * a critical section.
838          */
839         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
840         KASSERT(m->dirty == 0, 
841                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
842
843         /*
844          * Remove from free queue
845          */
846         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
847
848         /*
849          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.  Set
850          * the page PG_BUSY
851          */
852         if (m->flags & PG_ZERO) {
853                 vm_page_zero_count--;
854                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
855         } else {
856                 m->flags = PG_BUSY;
857         }
858         m->wire_count = 0;
859         m->hold_count = 0;
860         m->act_count = 0;
861         m->busy = 0;
862         m->valid = 0;
863
864         /*
865          * vm_page_insert() is safe prior to the crit_exit().  Note also that
866          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
867          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
868          * anywhere.
869          */
870         vm_page_insert(m, object, pindex);
871
872         /*
873          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
874          * we would be nearly out of memory.
875          */
876         pagedaemon_wakeup();
877
878         lwkt_reltoken(&vm_token);
879         crit_exit();
880
881         /*
882          * A PG_BUSY page is returned.
883          */
884         return (m);
885 }
886
887 /*
888  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
889  * operations.
890  */
891 void
892 vm_wait_nominal(void)
893 {
894         while (vm_page_count_min(0))
895                 vm_wait(0);
896 }
897
898 /*
899  * Test if vm_wait_nominal() would block.
900  */
901 int
902 vm_test_nominal(void)
903 {
904         if (vm_page_count_min(0))
905                 return(1);
906         return(0);
907 }
908
909 /*
910  * Block until free pages are available for allocation, called in various
911  * places before memory allocations.
912  */
913 void
914 vm_wait(int timo)
915 {
916         crit_enter();
917         lwkt_gettoken(&vm_token);
918         if (curthread == pagethread) {
919                 vm_pageout_pages_needed = 1;
920                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
921         } else {
922                 if (vm_pages_needed == 0) {
923                         vm_pages_needed = 1;
924                         wakeup(&vm_pages_needed);
925                 }
926                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
927         }
928         lwkt_reltoken(&vm_token);
929         crit_exit();
930 }
931
932 /*
933  * Block until free pages are available for allocation
934  *
935  * Called only in vm_fault so that processes page faulting can be
936  * easily tracked.
937  */
938 void
939 vm_waitpfault(void)
940 {
941         crit_enter();
942         lwkt_gettoken(&vm_token);
943         if (vm_pages_needed == 0) {
944                 vm_pages_needed = 1;
945                 wakeup(&vm_pages_needed);
946         }
947         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
948         lwkt_reltoken(&vm_token);
949         crit_exit();
950 }
951
952 /*
953  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
954  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
955  *
956  * The page queues must be locked.
957  * This routine may not block.
958  */
959 void
960 vm_page_activate(vm_page_t m)
961 {
962         crit_enter();
963         lwkt_gettoken(&vm_token);
964         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
965                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
966                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
967
968                 vm_page_unqueue(m);
969
970                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
971                         m->queue = PQ_ACTIVE;
972                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
973                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl,
974                                             m, pageq);
975                         if (m->act_count < ACT_INIT)
976                                 m->act_count = ACT_INIT;
977                         vmstats.v_active_count++;
978                 }
979         } else {
980                 if (m->act_count < ACT_INIT)
981                         m->act_count = ACT_INIT;
982         }
983         lwkt_reltoken(&vm_token);
984         crit_exit();
985 }
986
987 /*
988  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
989  * routine is called when a page has been added to the cache or free
990  * queues.
991  *
992  * This routine may not block.
993  * This routine must be called at splvm()
994  */
995 static __inline void
996 vm_page_free_wakeup(void)
997 {
998         /*
999          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1000          * some free.
1001          */
1002         if (vm_pageout_pages_needed &&
1003             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1004             vmstats.v_pageout_free_min
1005         ) {
1006                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1007                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1008         }
1009
1010         /*
1011          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1012          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1013          * lots of memory. this process will swapin processes.
1014          */
1015         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min(0)) {
1016                 vm_pages_needed = 0;
1017                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
1018         }
1019 }
1020
1021 /*
1022  *      vm_page_free_toq:
1023  *
1024  *      Returns the given page to the PQ_FREE list, disassociating it with
1025  *      any VM object.
1026  *
1027  *      The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1028  *      return (the page will have been freed).  No particular spl is required
1029  *      on entry.
1030  *
1031  *      This routine may not block.
1032  */
1033 void
1034 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1035 {
1036         struct vpgqueues *pq;
1037
1038         crit_enter();
1039         lwkt_gettoken(&vm_token);
1040         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1041
1042         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1043
1044         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1045                 kprintf(
1046                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1047                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1048                     m->hold_count);
1049                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1050                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1051                 else
1052                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1053         }
1054
1055         /*
1056          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1057          * the page here because we do not want to call the pager's
1058          * callback routine until after we've put the page on the
1059          * appropriate free queue.
1060          */
1061         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1062         vm_page_remove(m);
1063
1064         /*
1065          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1066          * and queue removal.
1067          */
1068         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1069                 vm_page_wakeup(m);
1070                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1071                 crit_exit();
1072                 return;
1073         }
1074
1075         m->valid = 0;
1076         vm_page_undirty(m);
1077
1078         if (m->wire_count != 0) {
1079                 if (m->wire_count > 1) {
1080                     panic(
1081                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1082                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1083                 }
1084                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1085         }
1086
1087         /*
1088          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1089          */
1090         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1091             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1092         }
1093
1094         if (m->hold_count != 0) {
1095                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1096                 m->queue = PQ_HOLD;
1097         } else {
1098                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1099         }
1100         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1101         pq->lcnt++;
1102         ++(*pq->cnt);
1103
1104         /*
1105          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1106          * first ) and non-zerod pages at the head.
1107          */
1108         if (m->flags & PG_ZERO) {
1109                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1110                 ++vm_page_zero_count;
1111         } else {
1112                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1113         }
1114         vm_page_wakeup(m);
1115         vm_page_free_wakeup();
1116         lwkt_reltoken(&vm_token);
1117         crit_exit();
1118 }
1119
1120 /*
1121  * vm_page_free_fromq_fast()
1122  *
1123  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
1124  * zeroing, so do not issue a wakeup.
1125  *
1126  * MPUNSAFE
1127  */
1128 vm_page_t
1129 vm_page_free_fromq_fast(void)
1130 {
1131         static int qi;
1132         vm_page_t m;
1133         int i;
1134
1135         crit_enter();
1136         lwkt_gettoken(&vm_token);
1137         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
1138                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
1139                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
1140                 if (m && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1141                         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1142                         vm_page_busy(m);
1143                         break;
1144                 }
1145                 m = NULL;
1146         }
1147         lwkt_reltoken(&vm_token);
1148         crit_exit();
1149         return (m);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * vm_page_unmanage()
1154  *
1155  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1156  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1157  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1158  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1159  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1160  * operate on the page.
1161  *
1162  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1163  * will clear the flag.
1164  *
1165  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1166  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1167  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1168  * mappings.
1169  *
1170  * Must be called with a critical section held.
1171  * Must be called with vm_token held.
1172  */
1173 void
1174 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1175 {
1176         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1177         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
1178         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1179                 if (m->wire_count == 0)
1180                         vm_page_unqueue(m);
1181         }
1182         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1183 }
1184
1185 /*
1186  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
1187  * paging queues as necessary.
1188  *
1189  * The page queues must be locked.
1190  * This routine may not block.
1191  */
1192 void
1193 vm_page_wire(vm_page_t m)
1194 {
1195         /*
1196          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1197          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1198          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
1199          * pages because they are always wired.
1200          */
1201         crit_enter();
1202         lwkt_gettoken(&vm_token);
1203         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1204                 if (m->wire_count == 0) {
1205                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1206                                 vm_page_unqueue(m);
1207                         vmstats.v_wire_count++;
1208                 }
1209                 m->wire_count++;
1210                 KASSERT(m->wire_count != 0,
1211                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1212         }
1213         lwkt_reltoken(&vm_token);
1214         crit_exit();
1215 }
1216
1217 /*
1218  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
1219  *
1220  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
1221  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1222  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1223  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1224  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1225  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1226  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1227  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1228  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1229  * reused more quickly.
1230  *
1231  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1232  * put clean pages on the cache queue.
1233  *
1234  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1235  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1236  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1237  * dirty pages in the cache are not allowed.
1238  *
1239  * The page queues must be locked.
1240  * This routine may not block.
1241  */
1242 void
1243 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1244 {
1245         crit_enter();
1246         lwkt_gettoken(&vm_token);
1247         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
1248                 /* do nothing */
1249         } else if (m->wire_count <= 0) {
1250                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1251         } else {
1252                 if (--m->wire_count == 0) {
1253                         --vmstats.v_wire_count;
1254                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1255                                 ;
1256                         } else if (activate) {
1257                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1258                                     &vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1259                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1260                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1261                                 vmstats.v_active_count++;
1262                         } else {
1263                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1264                                 TAILQ_INSERT_TAIL(
1265                                     &vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1266                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1267                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1268                                 vmstats.v_inactive_count++;
1269                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1270                         }
1271                 }
1272         }
1273         lwkt_reltoken(&vm_token);
1274         crit_exit();
1275 }
1276
1277
1278 /*
1279  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1280  * any associated swap, the swap is deallocated.
1281  *
1282  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1283  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1284  * except without unmapping it from the process address space.
1285  *
1286  * This routine may not block.
1287  * The caller must hold vm_token.
1288  */
1289 static __inline void
1290 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1291 {
1292         /*
1293          * Ignore if already inactive.
1294          */
1295         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1296                 return;
1297
1298         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1299                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1300                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1301                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1302                 vm_page_unqueue(m);
1303                 if (athead) {
1304                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1305                                           m, pageq);
1306                 } else {
1307                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl,
1308                                           m, pageq);
1309                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
1310                 }
1311                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1312                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1313                 vmstats.v_inactive_count++;
1314         }
1315 }
1316
1317 /*
1318  * Attempt to deactivate a page.
1319  *
1320  * No requirements.
1321  */
1322 void
1323 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1324 {
1325         crit_enter();
1326         lwkt_gettoken(&vm_token);
1327         _vm_page_deactivate(m, 0);
1328         lwkt_reltoken(&vm_token);
1329         crit_exit();
1330 }
1331
1332 /*
1333  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
1334  * Returns 0 on failure, 1 on success
1335  *
1336  * No requirements.
1337  */
1338 int
1339 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1340 {
1341         crit_enter();
1342         lwkt_gettoken(&vm_token);
1343         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1344             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1345                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1346                 crit_exit();
1347                 return(0);
1348         }
1349         vm_page_test_dirty(m);
1350         if (m->dirty) {
1351                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1352                 crit_exit();
1353                 return(0);
1354         }
1355         vm_page_cache(m);
1356         lwkt_reltoken(&vm_token);
1357         crit_exit();
1358         return(1);
1359 }
1360
1361 /*
1362  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1363  * 1 is returned on success, 0 on failure.
1364  *
1365  * No requirements.
1366  */
1367 int
1368 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1369 {
1370         crit_enter();
1371         lwkt_gettoken(&vm_token);
1372         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1373             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1374                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1375                 crit_exit();
1376                 return(0);
1377         }
1378         vm_page_test_dirty(m);
1379         if (m->dirty) {
1380                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1381                 crit_exit();
1382                 return(0);
1383         }
1384         vm_page_busy(m);
1385         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1386         vm_page_free(m);
1387         lwkt_reltoken(&vm_token);
1388         crit_exit();
1389         return(1);
1390 }
1391
1392 /*
1393  * vm_page_cache
1394  *
1395  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1396  *
1397  * The caller must hold vm_token.
1398  * This routine may not block.
1399  */
1400 void
1401 vm_page_cache(vm_page_t m)
1402 {
1403         ASSERT_IN_CRIT_SECTION();
1404         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(&vm_token);
1405
1406         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1407                         m->wire_count || m->hold_count) {
1408                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1409                 return;
1410         }
1411
1412         /*
1413          * Already in the cache (and thus not mapped)
1414          */
1415         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
1416                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1417                 return;
1418         }
1419
1420         /*
1421          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
1422          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
1423          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
1424          */
1425         if (m->dirty) {
1426                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1427                         (long)m->pindex);
1428         }
1429
1430         /*
1431          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1432          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
1433          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
1434          * everything.
1435          */
1436         vm_page_busy(m);
1437         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1438         vm_page_wakeup(m);
1439         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
1440                         m->wire_count || m->hold_count) {
1441                 /* do nothing */
1442         } else if (m->dirty) {
1443                 vm_page_deactivate(m);
1444         } else {
1445                 vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1446                 m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1447                 vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1448                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1449                 vmstats.v_cache_count++;
1450                 vm_page_free_wakeup();
1451         }
1452 }
1453
1454 /*
1455  * vm_page_dontneed()
1456  *
1457  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1458  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1459  *
1460  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
1461  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1462  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1463  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1464  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1465  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1466  *
1467  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1468  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1469  * where moving them to the cache has the highest weighting.
1470  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
1471  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1472  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
1473  * often.
1474  *
1475  * No requirements.
1476  */
1477 void
1478 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1479 {
1480         static int dnweight;
1481         int dnw;
1482         int head;
1483
1484         dnw = ++dnweight;
1485
1486         /*
1487          * occassionally leave the page alone
1488          */
1489         crit_enter();
1490         lwkt_gettoken(&vm_token);
1491         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1492             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1493             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1494         ) {
1495                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1496                         --m->act_count;
1497                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1498                 crit_exit();
1499                 return;
1500         }
1501
1502         if (m->dirty == 0)
1503                 vm_page_test_dirty(m);
1504
1505         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1506                 /*
1507                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1508                  */
1509                 head = 0;
1510         } else {
1511                 /*
1512                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1513                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1514                  * at the head of the queue instead of the tail.
1515                  */
1516                 head = 1;
1517         }
1518         _vm_page_deactivate(m, head);
1519         lwkt_reltoken(&vm_token);
1520         crit_exit();
1521 }
1522
1523 /*
1524  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1525  * A busy page is returned or NULL.
1526  *
1527  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1528  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1529  *
1530  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1531  * always returned if we had blocked.  
1532  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1533  * This routine may not be called from an interrupt.
1534  * The returned page may not be entirely valid.
1535  *
1536  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1537  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1538  * index.
1539  *
1540  * No requirements.
1541  */
1542 vm_page_t
1543 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1544 {
1545         vm_page_t m;
1546         int generation;
1547
1548         KKASSERT(allocflags &
1549                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1550         crit_enter();
1551         lwkt_gettoken(&vm_token);
1552 retrylookup:
1553         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1554                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1555                         generation = object->generation;
1556
1557                         while ((object->generation == generation) &&
1558                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1559                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1560                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1561                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1562                                         m = NULL;
1563                                         goto done;
1564                                 }
1565                         }
1566                         goto retrylookup;
1567                 } else {
1568                         vm_page_busy(m);
1569                         goto done;
1570                 }
1571         }
1572         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1573         if (m == NULL) {
1574                 vm_wait(0);
1575                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1576                         goto done;
1577                 goto retrylookup;
1578         }
1579 done:
1580         lwkt_reltoken(&vm_token);
1581         crit_exit();
1582         return(m);
1583 }
1584
1585 /*
1586  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1587  * a page.  May not block.
1588  *
1589  * Inputs are required to range within a page.
1590  *
1591  * No requirements.
1592  * Non blocking.
1593  */
1594 int
1595 vm_page_bits(int base, int size)
1596 {
1597         int first_bit;
1598         int last_bit;
1599
1600         KASSERT(
1601             base + size <= PAGE_SIZE,
1602             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1603         );
1604
1605         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1606                 return(0);
1607
1608         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1609         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1610
1611         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1612 }
1613
1614 /*
1615  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1616  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1617  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1618  * such chunks will be zero'd.
1619  *
1620  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
1621  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
1622  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
1623  *       lost.
1624  *
1625  * This routine may not block.
1626  *
1627  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1628  */
1629 static void
1630 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1631 {
1632         int frag;
1633         int endoff;
1634
1635         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1636                 return;
1637
1638         /*
1639          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1640          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1641          * first block.
1642          */
1643
1644         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1645             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1646         ) {
1647                 pmap_zero_page_area(
1648                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1649                     frag,
1650                     base - frag
1651                 );
1652         }
1653
1654         /*
1655          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1656          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1657          * the last block.
1658          */
1659
1660         endoff = base + size;
1661
1662         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1663             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1664         ) {
1665                 pmap_zero_page_area(
1666                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1667                     endoff,
1668                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1669                 );
1670         }
1671 }
1672
1673 /*
1674  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1675  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1676  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1677  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1678  * be set again.
1679  *
1680  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1681  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1682  * the range.
1683  *
1684  * Page must be busied?
1685  * No other requirements.
1686  */
1687 void
1688 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1689 {
1690         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1691         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
1692 }
1693
1694
1695 /*
1696  * Set valid bits and clear dirty bits.
1697  *
1698  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1699  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1700  *       and size.
1701  *
1702  * Page must be busied?
1703  * No other requirements.
1704  */
1705 void
1706 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1707 {
1708         int pagebits;
1709
1710         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
1711         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1712         m->valid |= pagebits;
1713         m->dirty &= ~pagebits;
1714         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1715                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1716                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1717         }
1718 }
1719
1720 /*
1721  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
1722  *
1723  * Page must be busied?
1724  * No other requirements.
1725  */
1726 void
1727 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
1728 {
1729         int pagebits;
1730
1731         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1732         m->valid |= pagebits;
1733         m->dirty |= pagebits;
1734         if (m->object)
1735                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Clear dirty bits.
1740  *
1741  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
1742  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
1743  *       and size.
1744  *
1745  * Page must be busied?
1746  * No other requirements.
1747  */
1748 void
1749 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1750 {
1751         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1752         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1753                 /*pmap_clear_modify(m);*/
1754                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1755         }
1756 }
1757
1758 /*
1759  * Make the page all-dirty.
1760  *
1761  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
1762  * object may now contain a dirty page.
1763  *
1764  * Page must be busied?
1765  * No other requirements.
1766  */
1767 void
1768 vm_page_dirty(vm_page_t m)
1769 {
1770 #ifdef INVARIANTS
1771         int pqtype = m->queue - m->pc;
1772 #endif
1773         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
1774                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
1775         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
1776                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1777                 if (m->object)
1778                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
1779         }
1780 }
1781
1782 /*
1783  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1784  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1785  *
1786  * Page must be busied?
1787  * Does not block.
1788  * No other requirements.
1789  */
1790 void
1791 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1792 {
1793         int bits;
1794
1795         bits = vm_page_bits(base, size);
1796         m->valid &= ~bits;
1797         m->dirty &= ~bits;
1798         m->object->generation++;
1799 }
1800
1801 /*
1802  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1803  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1804  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1805  * page so user code sees what it expects.
1806  *
1807  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1808  * into memory and the file's size is not page aligned.
1809  *
1810  * Page must be busied?
1811  * No other requirements.
1812  */
1813 void
1814 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1815 {
1816         int b;
1817         int i;
1818
1819         /*
1820          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1821          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1822          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1823          * vm_page_set_validclean().
1824          */
1825         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1826                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1827                     (m->valid & (1 << i))
1828                 ) {
1829                         if (i > b) {
1830                                 pmap_zero_page_area(
1831                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1832                                     b << DEV_BSHIFT,
1833                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1834                                 );
1835                         }
1836                         b = i + 1;
1837                 }
1838         }
1839
1840         /*
1841          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1842          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1843          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1844          */
1845         if (setvalid)
1846                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1847 }
1848
1849 /*
1850  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1851  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
1852  * invalid, and TRUE otherwise.
1853  *
1854  * Does not block.
1855  * No other requirements.
1856  */
1857 int
1858 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1859 {
1860         int bits = vm_page_bits(base, size);
1861
1862         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1863                 return 1;
1864         else
1865                 return 0;
1866 }
1867
1868 /*
1869  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1870  *
1871  * Caller must hold vm_token if non-blocking operation desired.
1872  * No other requirements.
1873  */
1874 void
1875 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1876 {
1877         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1878                 vm_page_dirty(m);
1879         }
1880 }
1881
1882 /*
1883  * Register an action, associating it with its vm_page
1884  */
1885 void
1886 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
1887 {
1888         struct vm_page_action_list *list;
1889         int hv;
1890
1891         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1892         list = &action_list[hv];
1893
1894         lwkt_gettoken(&vm_token);
1895         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
1896         action->event = event;
1897         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
1898         lwkt_reltoken(&vm_token);
1899 }
1900
1901 /*
1902  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
1903  */
1904 void
1905 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
1906 {
1907         struct vm_page_action_list *list;
1908         int hv;
1909
1910         lwkt_gettoken(&vm_token);
1911         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
1912                 action->event = VMEVENT_NONE;
1913                 LIST_REMOVE(action, entry);
1914
1915                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1916                 list = &action_list[hv];
1917                 if (LIST_EMPTY(list))
1918                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
1919         }
1920         lwkt_reltoken(&vm_token);
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
1925  * removed from the page's list and called.
1926  *
1927  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
1928  * PG_ACTIONLIST flag.
1929  */
1930 void
1931 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
1932 {
1933         struct vm_page_action_list *list;
1934         struct vm_page_action *scan;
1935         struct vm_page_action *next;
1936         int hv;
1937         int all;
1938
1939         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
1940         list = &action_list[hv];
1941         all = 1;
1942
1943         lwkt_gettoken(&vm_token);
1944         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
1945                 if (scan->m == m) {
1946                         if (scan->event == event) {
1947                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
1948                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
1949                                 scan->func(m, scan);
1950                                 /* XXX */
1951                         } else {
1952                                 all = 0;
1953                         }
1954                 }
1955         }
1956         if (all)
1957                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
1958         lwkt_reltoken(&vm_token);
1959 }
1960
1961
1962 #include "opt_ddb.h"
1963 #ifdef DDB
1964 #include <sys/kernel.h>
1965
1966 #include <ddb/ddb.h>
1967
1968 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1969 {
1970         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1971         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1972         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1973         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1974         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1975         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1976         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1977         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1978         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1979         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1980 }
1981
1982 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1983 {
1984         int i;
1985         db_printf("PQ_FREE:");
1986         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1987                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1988         }
1989         db_printf("\n");
1990                 
1991         db_printf("PQ_CACHE:");
1992         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1993                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1994         }
1995         db_printf("\n");
1996
1997         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1998                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1999                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
2000 }
2001 #endif /* DDB */