Merge branch 'vendor/OPENSSL'
[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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76 #include <sys/alist.h>
77 #include <sys/sysctl.h>
78 #include <sys/cpu_topology.h>
79
80 #include <vm/vm.h>
81 #include <vm/vm_param.h>
82 #include <sys/lock.h>
83 #include <vm/vm_kern.h>
84 #include <vm/pmap.h>
85 #include <vm/vm_map.h>
86 #include <vm/vm_object.h>
87 #include <vm/vm_page.h>
88 #include <vm/vm_pageout.h>
89 #include <vm/vm_pager.h>
90 #include <vm/vm_extern.h>
91 #include <vm/swap_pager.h>
92
93 #include <machine/inttypes.h>
94 #include <machine/md_var.h>
95 #include <machine/specialreg.h>
96
97 #include <vm/vm_page2.h>
98 #include <sys/spinlock2.h>
99
100 /*
101  * Action hash for user umtx support.
102  */
103 #define VMACTION_HSIZE          256
104 #define VMACTION_HMASK          (VMACTION_HSIZE - 1)
105
106 /*
107  * SET - Minimum required set associative size, must be a power of 2.  We
108  *       want this to match or exceed the set-associativeness of the cpu.
109  *
110  * GRP - A larger set that allows bleed-over into the domains of other
111  *       nearby cpus.  Also must be a power of 2.  Used by the page zeroing
112  *       code to smooth things out a bit.
113  */
114 #define PQ_SET_ASSOC            16
115 #define PQ_SET_ASSOC_MASK       (PQ_SET_ASSOC - 1)
116
117 #define PQ_GRP_ASSOC            (PQ_SET_ASSOC * 2)
118 #define PQ_GRP_ASSOC_MASK       (PQ_GRP_ASSOC - 1)
119
120 static void vm_page_queue_init(void);
121 static void vm_page_free_wakeup(void);
122 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
123 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
124 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
125
126 /*
127  * Array of tailq lists
128  */
129 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
130
131 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
132 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
133 static volatile int vm_pages_waiting;
134
135 static struct alist vm_contig_alist;
136 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
137 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin, "vm_contig_spin");
138
139 static u_long vm_dma_reserved = 0;
140 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
141 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
142             "Memory reserved for DMA");
143 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
144             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
145
146 static int vm_contig_verbose = 0;
147 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
148
149 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
150              vm_pindex_t, pindex);
151
152 static void
153 vm_page_queue_init(void) 
154 {
155         int i;
156
157         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
158                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
159         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
160                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
161         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
162                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
163         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
164                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
165         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
166                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt = &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         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
175                 LIST_INIT(&action_list[i]);
176 }
177
178 /*
179  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
180  */
181 long first_page = 0;
182 int vm_page_array_size = 0;
183 vm_page_t vm_page_array = NULL;
184 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
185
186 /*
187  * (low level boot)
188  *
189  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
190  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
191  */
192 void
193 vm_set_page_size(void)
194 {
195         if (vmstats.v_page_size == 0)
196                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
197         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
198                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
199 }
200
201 /*
202  * (low level boot)
203  *
204  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
205  * are added to both the head and tail of the associated free page
206  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
207  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
208  *
209  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
210  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
211  *
212  * Must be called in a critical section.
213  */
214 static void
215 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
216 {
217         struct vpgqueues *vpq;
218         vm_page_t m;
219
220         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
221         m->phys_addr = pa;
222         m->flags = 0;
223         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
224         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
225         /*
226          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
227          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
228          */
229         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
230         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
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_int(&vmstats.v_page_count, 1);
237                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
238                 m->queue = PQ_NONE;
239                 m->wire_count = 1;
240                 atomic_add_int(&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_int(&vmstats.v_page_count, 1);
252         atomic_add_int(&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_size_t npages;
279         vm_paddr_t page_range;
280         vm_paddr_t new_end;
281         int i;
282         vm_paddr_t pa;
283         int nblocks;
284         vm_paddr_t last_pa;
285         vm_paddr_t end;
286         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
287         vm_paddr_t total;
288
289         total = 0;
290         biggestsize = 0;
291         biggestone = 0;
292         nblocks = 0;
293         vaddr = round_page(vaddr);
294
295         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
296                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
297                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
298         }
299
300         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
301                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
302
303                 if (size > biggestsize) {
304                         biggestone = i;
305                         biggestsize = size;
306                 }
307                 ++nblocks;
308                 total += size;
309         }
310
311         end = phys_avail[biggestone+1];
312         end = trunc_page(end);
313
314         /*
315          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
316          * and the inactive queue.
317          */
318         vm_page_queue_init();
319
320 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
321         /*
322          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
323          * vm_page_dump
324          *
325          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
326          * needs to be included in a minidump.
327          *
328          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
329          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
330          *
331          * However, i386 still needs this workspace internally within the
332          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
333          * included should the sf_buf code decide to use them.
334          */
335         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
336         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
337         end -= vm_page_dump_size;
338         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
339             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
340         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
341 #endif
342         /*
343          * Compute the number of pages of memory that will be available for
344          * use (taking into account the overhead of a page structure per
345          * page).
346          */
347         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
348         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
349         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
350
351 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
352         /*
353          * (only applies to real kernels)
354          *
355          * Reserve a large amount of low memory for potential 32-bit DMA
356          * space allocations.  Once device initialization is complete we
357          * release most of it, but keep (vm_dma_reserved) memory reserved
358          * for later use.  Typically for X / graphics.  Through trial and
359          * error we find that GPUs usually requires ~60-100MB or so.
360          *
361          * By default, 128M is left in reserve on machines with 2G+ of ram.
362          */
363         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
364         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
365                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
366         if (vm_dma_reserved == 0) {
367                 vm_dma_reserved = 128 * 1024 * 1024;    /* 128MB */
368                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
369                         vm_dma_reserved = total / 16;
370         }
371 #endif
372         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
373                    ALIST_RECORDS_65536);
374
375         /*
376          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
377          * queue.
378          */
379         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
380         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
381         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
382
383 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
384         /*
385          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
386          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
387          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
388          */
389         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
390                 dump_add_page(pa);
391 #endif
392
393         /*
394          * Clear all of the page structures
395          */
396         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
397         vm_page_array_size = page_range;
398
399         /*
400          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
401          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
402          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
403          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
404          */
405         vmstats.v_page_count = 0;
406         vmstats.v_free_count = 0;
407         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
408                 pa = phys_avail[i];
409                 if (i == biggestone)
410                         last_pa = new_end;
411                 else
412                         last_pa = phys_avail[i + 1];
413                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
414                         vm_add_new_page(pa);
415                         pa += PAGE_SIZE;
416                 }
417         }
418         if (virtual2_start)
419                 virtual2_start = vaddr;
420         else
421                 virtual_start = vaddr;
422 }
423
424 /*
425  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
426  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
427  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
428  * allocations.
429  *
430  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
431  */
432 static void
433 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
434 {
435         alist_blk_t blk;
436         alist_blk_t rblk;
437         alist_blk_t count;
438         alist_blk_t xcount;
439         alist_blk_t bfree;
440         vm_page_t m;
441
442         spin_lock(&vm_contig_spin);
443         for (;;) {
444                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
445                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
446                         break;
447                 if (count == 0)
448                         break;
449
450                 /*
451                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
452                  * free in order to reach our target.
453                  */
454                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
455                 if (count > bfree) {
456                         blk += count - bfree;
457                         count = bfree;
458                 }
459
460                 /*
461                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
462                  */
463                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
464                         ;
465                 xcount >>= 1;
466                 blk += count - xcount;
467                 count = xcount;
468
469                 /*
470                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
471                  * the normal VM page queues.
472                  *
473                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
474                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
475                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
476                  * confusion.
477                  */
478                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
479                 if (rblk != blk) {
480                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
481                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
482                                 blk, count, rblk);
483                         break;
484                 }
485                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
486                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
487
488                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
489                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
490                 while (count) {
491                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
492                         vm_page_unwire(m, 0);
493                         vm_page_free(m);
494                         --count;
495                         ++m;
496                 }
497                 spin_lock(&vm_contig_spin);
498         }
499         spin_unlock(&vm_contig_spin);
500
501         /*
502          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
503          * how much is left over.
504          */
505         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
506                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
507                 (PAGE_SIZE / 1024),
508                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
509 }
510 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
511         vm_page_startup_finish, NULL);
512
513
514 /*
515  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
516  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
517  */
518 int
519 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
520 {
521         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
522
523         if (p->pindex < info->start_pindex)
524                 return(-1);
525         if (p->pindex > info->end_pindex)
526                 return(1);
527         return(0);
528 }
529
530 int
531 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
532 {
533         if (p1->pindex < p2->pindex)
534                 return(-1);
535         if (p1->pindex > p2->pindex)
536                 return(1);
537         return(0);
538 }
539
540 void
541 vm_page_init(vm_page_t m)
542 {
543         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
544 }
545
546 /*
547  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
548  * allocating and freeing pages at least.
549  *
550  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
551  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
552  * unless both the page and queue are locked.
553  */
554 static __inline
555 void
556 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
557 {
558         u_short queue;
559
560         queue = m->queue;
561         if (queue != PQ_NONE) {
562                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
563                 KKASSERT(queue == m->queue);
564         }
565 }
566
567 static __inline
568 void
569 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
570 {
571         u_short queue;
572
573         queue = m->queue;
574         cpu_ccfence();
575         if (queue != PQ_NONE)
576                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
577 }
578
579 static __inline
580 void
581 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
582 {
583         cpu_ccfence();
584         if (queue != PQ_NONE)
585                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
586 }
587
588
589 static __inline
590 void
591 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
592 {
593         cpu_ccfence();
594         if (queue != PQ_NONE)
595                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
596 }
597
598 void
599 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
600 {
601         _vm_page_queue_spin_lock(m);
602 }
603
604 void
605 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
606 {
607         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
608 }
609
610 void
611 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
612 {
613         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
614 }
615
616 void
617 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
618 {
619         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
620 }
621
622 /*
623  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
624  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
625  * recheck on return.
626  */
627 static __inline
628 void
629 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
630 {
631         vm_page_spin_lock(m);
632         _vm_page_queue_spin_lock(m);
633 }
634
635 static __inline
636 void
637 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
638 {
639         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
640         vm_page_spin_unlock(m);
641 }
642
643 void
644 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
645 {
646         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
647 }
648
649 void
650 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
651 {
652         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
653 }
654
655 /*
656  * Helper function removes vm_page from its current queue.
657  * Returns the base queue the page used to be on.
658  *
659  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
660  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
661  */
662 static __inline u_short
663 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
664 {
665         struct vpgqueues *pq;
666         u_short queue;
667         u_short oqueue;
668
669         queue = m->queue;
670         if (queue != PQ_NONE) {
671                 pq = &vm_page_queues[queue];
672                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
673                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
674                 pq->lcnt--;
675                 m->queue = PQ_NONE;
676                 oqueue = queue;
677                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
678                         queue -= m->pc;
679                 vm_page_queues_spin_unlock(oqueue);     /* intended */
680         }
681         return queue;
682 }
683
684 /*
685  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
686  *
687  * The vm_page must be spinlocked.
688  * This function will return with both the page and the queue locked.
689  */
690 static __inline void
691 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
692 {
693         struct vpgqueues *pq;
694
695         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
696
697         if (queue != PQ_NONE) {
698                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
699                 pq = &vm_page_queues[queue];
700                 ++pq->lcnt;
701                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
702                 m->queue = queue;
703
704                 /*
705                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
706                  * cache-hot pages to programs.
707                  */
708                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
709                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
710                 } else if (athead) {
711                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
712                 } else {
713                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
714                 }
715                 /* leave the queue spinlocked */
716         }
717 }
718
719 /*
720  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
721  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
722  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
723  *
724  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
725  * guaranteed to be available.
726  */
727 void
728 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
729 {
730         u_int32_t flags;
731
732         for (;;) {
733                 flags = m->flags;
734                 cpu_ccfence();
735
736                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
737                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
738                         break;
739                 }
740                 tsleep_interlock(m, 0);
741                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
742                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
743                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
744                         break;
745                 }
746         }
747 }
748
749 /*
750  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
751  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
752  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
753  * is used if it was probed.
754  *
755  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
756  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
757  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
758  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
759  * hardware cache management performance.
760  *
761  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
762  */
763 u_short
764 vm_get_pg_color(globaldata_t gd, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
765 {
766         u_short pg_color;
767         int phys_id;
768         int core_id;
769         int object_pg_color;
770
771         phys_id = get_cpu_phys_id(gd->gd_cpuid);
772         core_id = get_cpu_core_id(gd->gd_cpuid);
773         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
774
775         if (cpu_topology_phys_ids && cpu_topology_core_ids) {
776                 int grpsize = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
777
778                 if (grpsize / cpu_topology_core_ids >= PQ_SET_ASSOC) {
779                         /*
780                          * Enough space for a full break-down.
781                          */
782                         pg_color = phys_id * grpsize;
783                         pg_color += core_id * grpsize / cpu_topology_core_ids;
784                         pg_color += (pindex + object_pg_color) %
785                                     (grpsize / cpu_topology_core_ids);
786                 } else {
787                         /*
788                          * Not enough space, split up by physical package,
789                          * then split up by core id but only down to a
790                          * 16-set.  If all else fails, force a 16-set.
791                          */
792                         pg_color = phys_id * grpsize;
793                         if (grpsize > 16) {
794                                 pg_color += 16 * (core_id % (grpsize / 16));
795                                 grpsize = 16;
796                         } else {
797                                 grpsize = 16;
798                         }
799                         pg_color += (pindex + object_pg_color) %
800                                     grpsize;
801                 }
802         } else {
803                 /*
804                  * Unknown topology, distribute things evenly.
805                  */
806                 pg_color = gd->gd_cpuid * PQ_L2_SIZE / ncpus;
807                 pg_color += pindex + object_pg_color;
808         }
809         return pg_color;
810 }
811
812 /*
813  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
814  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
815  */
816 void
817 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
818                                      int also_m_busy, const char *msg
819                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
820 {
821         u_int32_t flags;
822
823         for (;;) {
824                 flags = m->flags;
825                 cpu_ccfence();
826                 if (flags & PG_BUSY) {
827                         tsleep_interlock(m, 0);
828                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
829                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
830                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
831                         }
832                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
833                         tsleep_interlock(m, 0);
834                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
835                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
836                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
837                         }
838                 } else {
839                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
840                                               flags | PG_BUSY)) {
841 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
842                                 m->busy_func = func;
843                                 m->busy_line = lineno;
844 #endif
845                                 break;
846                         }
847                 }
848         }
849 }
850
851 /*
852  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
853  * is also 0.
854  *
855  * Returns non-zero on failure.
856  */
857 int
858 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
859                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
860 {
861         u_int32_t flags;
862
863         for (;;) {
864                 flags = m->flags;
865                 cpu_ccfence();
866                 if (flags & PG_BUSY)
867                         return TRUE;
868                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
869                         return TRUE;
870                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
871 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
872                                 m->busy_func = func;
873                                 m->busy_line = lineno;
874 #endif
875                         return FALSE;
876                 }
877         }
878 }
879
880 /*
881  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
882  * that a wakeup() should be performed.
883  *
884  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
885  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
886  *
887  * (inline version)
888  */
889 static __inline
890 int
891 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
892 {
893         u_int32_t flags;
894
895         for (;;) {
896                 flags = m->flags;
897                 cpu_ccfence();
898                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
899                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
900                         break;
901                 }
902         }
903         return(flags & PG_WANTED);
904 }
905
906 /*
907  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
908  * is typically the last call you make on a page before moving onto
909  * other things.
910  */
911 void
912 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
913 {
914         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
915         vm_page_spin_lock(m);
916         if (_vm_page_wakeup(m)) {
917                 vm_page_spin_unlock(m);
918                 wakeup(m);
919         } else {
920                 vm_page_spin_unlock(m);
921         }
922 }
923
924 /*
925  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
926  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
927  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
928  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
929  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
930  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
931  * page from being disassociated from its object too).
932  *
933  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
934  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
935  * before manipulating the page.
936  *
937  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
938  */
939 void
940 vm_page_hold(vm_page_t m)
941 {
942         vm_page_spin_lock(m);
943         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
944         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
945                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
946                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
947                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
948                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
949         }
950         vm_page_spin_unlock(m);
951 }
952
953 /*
954  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
955  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
956  */
957 void
958 vm_page_unhold(vm_page_t m)
959 {
960         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
961                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or on FREE queue (%d)",
962                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
963         vm_page_spin_lock(m);
964         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
965         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
966                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
967                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
968                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
969                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
970         }
971         vm_page_spin_unlock(m);
972 }
973
974 /*
975  *      vm_page_getfake:
976  *
977  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
978  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
979  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
980  */
981
982 void
983 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
984 {
985
986         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
987                 /*
988                  * The page's memattr might have changed since the
989                  * previous initialization.  Update the pmap to the
990                  * new memattr.
991                  */
992                 goto memattr;
993         }
994         m->phys_addr = paddr;
995         m->queue = PQ_NONE;
996         /* Fictitious pages don't use "segind". */
997         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
998         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED | PG_BUSY;
999         m->wire_count = 1;
1000         pmap_page_init(m);
1001 memattr:
1002         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1003 }
1004
1005 /*
1006  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1007  *
1008  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1009  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1010  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1011  * here so we *can't* do this anyway.
1012  *
1013  * This routine may not block.
1014  * This routine must be called with the vm_object held.
1015  * This routine must be called with a critical section held.
1016  *
1017  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1018  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1019  */
1020 int
1021 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1022 {
1023         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1024         if (m->object != NULL)
1025                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1026
1027         object->generation++;
1028
1029         /*
1030          * Record the object/offset pair in this page and add the
1031          * pv_list_count of the page to the object.
1032          *
1033          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1034          */
1035         vm_page_spin_lock(m);
1036         m->object = object;
1037         m->pindex = pindex;
1038         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1039                 m->object = NULL;
1040                 m->pindex = 0;
1041                 vm_page_spin_unlock(m);
1042                 return FALSE;
1043         }
1044         ++object->resident_page_count;
1045         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1046         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
1047         vm_page_spin_unlock(m);
1048
1049         /*
1050          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1051          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1052          */
1053         if ((m->valid & m->dirty) ||
1054             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1055                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1056
1057         /*
1058          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1059          */
1060         swap_pager_page_inserted(m);
1061         return TRUE;
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1066  *
1067  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1068  * This routine may not block.
1069  *
1070  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1071  * No other requirements.
1072  *
1073  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1074  *       it busy.
1075  */
1076 void
1077 vm_page_remove(vm_page_t m)
1078 {
1079         vm_object_t object;
1080
1081         if (m->object == NULL) {
1082                 return;
1083         }
1084
1085         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
1086                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1087
1088         object = m->object;
1089
1090         vm_object_hold(object);
1091
1092         /*
1093          * Remove the page from the object and update the object.
1094          *
1095          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1096          */
1097         vm_page_spin_lock(m);
1098         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1099         --object->resident_page_count;
1100         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1101         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
1102         m->object = NULL;
1103         vm_page_spin_unlock(m);
1104
1105         object->generation++;
1106
1107         vm_object_drop(object);
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1112  * page could not be found.
1113  *
1114  * The caller must hold the vm_object token.
1115  */
1116 vm_page_t
1117 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1118 {
1119         vm_page_t m;
1120
1121         /*
1122          * Search the hash table for this object/offset pair
1123          */
1124         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1125         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1126         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1127         return(m);
1128 }
1129
1130 vm_page_t
1131 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1132                                             vm_pindex_t pindex,
1133                                             int also_m_busy, const char *msg
1134                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1135 {
1136         u_int32_t flags;
1137         vm_page_t m;
1138
1139         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1140         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1141         while (m) {
1142                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1143                 flags = m->flags;
1144                 cpu_ccfence();
1145                 if (flags & PG_BUSY) {
1146                         tsleep_interlock(m, 0);
1147                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1148                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1149                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1150                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1151                                                               pindex);
1152                         }
1153                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1154                         tsleep_interlock(m, 0);
1155                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1156                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1157                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1158                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1159                                                               pindex);
1160                         }
1161                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1162                                              flags | PG_BUSY)) {
1163 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1164                         m->busy_func = func;
1165                         m->busy_line = lineno;
1166 #endif
1167                         break;
1168                 }
1169         }
1170         return m;
1171 }
1172
1173 /*
1174  * Attempt to lookup and busy a page.
1175  *
1176  * Returns NULL if the page could not be found
1177  *
1178  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1179  * be busied.
1180  *
1181  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1182  */
1183 vm_page_t
1184 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1185                                            vm_pindex_t pindex,
1186                                            int also_m_busy, int *errorp
1187                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1188 {
1189         u_int32_t flags;
1190         vm_page_t m;
1191
1192         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1193         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1194         *errorp = FALSE;
1195         while (m) {
1196                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1197                 flags = m->flags;
1198                 cpu_ccfence();
1199                 if (flags & PG_BUSY) {
1200                         *errorp = TRUE;
1201                         break;
1202                 }
1203                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1204                         *errorp = TRUE;
1205                         break;
1206                 }
1207                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1208 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1209                         m->busy_func = func;
1210                         m->busy_line = lineno;
1211 #endif
1212                         break;
1213                 }
1214         }
1215         return m;
1216 }
1217
1218 /*
1219  * Attempt to repurpose the passed-in page.  If the passed-in page cannot
1220  * be repurposed it will be released, *must_reenter will be set to 1, and
1221  * this function will fall-through to vm_page_lookup_busy_try().
1222  *
1223  * The passed-in page must be wired and not busy.  The returned page will
1224  * be busied and not wired.
1225  *
1226  * A different page may be returned.  The returned page will be busied and
1227  * not wired.
1228  *
1229  * NULL can be returned.  If so, the required page could not be busied.
1230  * The passed-in page will be unwired.
1231  */
1232 vm_page_t
1233 vm_page_repurpose(struct vm_object *object, vm_pindex_t pindex,
1234                   int also_m_busy, int *errorp, vm_page_t m,
1235                   int *must_reenter, int *iswired)
1236 {
1237         if (m) {
1238                 vm_page_busy_wait(m, TRUE, "biodep");
1239                 if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED | PG_FICTITIOUS)) ||
1240                     m->busy || m->wire_count != 1 || m->hold_count) {
1241                         vm_page_unwire(m, 0);
1242                         vm_page_wakeup(m);
1243                         /* fall through to normal lookup */
1244                 } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
1245                         vm_page_unwire(m, 0);
1246                         vm_page_deactivate(m);
1247                         vm_page_wakeup(m);
1248                         /* fall through to normal lookup */
1249                 } else {
1250                         /*
1251                          * We can safely repurpose the page.  It should
1252                          * already be unqueued.
1253                          */
1254                         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE && m->dirty == 0);
1255                         vm_page_remove(m);
1256                         m->valid = 0;
1257                         m->act_count = 0;
1258                         if (vm_page_insert(m, object, pindex)) {
1259                                 *errorp = 0;
1260                                 *iswired = 1;
1261
1262                                 return m;
1263                         }
1264                         vm_page_unwire(m, 0);
1265                         vm_page_free(m);
1266                         /* fall through to normal lookup */
1267                 }
1268         }
1269         *must_reenter = 1;
1270         *iswired = 0;
1271         m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, also_m_busy, errorp);
1272
1273         return m;
1274 }
1275
1276 /*
1277  * Caller must hold the related vm_object
1278  */
1279 vm_page_t
1280 vm_page_next(vm_page_t m)
1281 {
1282         vm_page_t next;
1283
1284         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1285         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1286                 next = NULL;
1287         return (next);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * vm_page_rename()
1292  *
1293  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1294  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1295  * on return.
1296  *
1297  * new_object must be held.
1298  * This routine might block. XXX ?
1299  *
1300  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1301  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1302  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1303  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1304  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1305  *
1306  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1307  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1308  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1309  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1310  *       on the cache.
1311  */
1312 void
1313 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1314 {
1315         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1316         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1317         if (m->object) {
1318                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1319                 vm_page_remove(m);
1320         }
1321         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1322                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1323                       new_object, new_pindex);
1324         }
1325         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1326                 vm_page_deactivate(m);
1327         vm_page_dirty(m);
1328 }
1329
1330 /*
1331  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1332  * is to remain BUSYied by the caller.
1333  *
1334  * This routine may not block.
1335  */
1336 void
1337 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1338 {
1339         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1340         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1341         vm_page_spin_unlock(m);
1342 }
1343
1344 /*
1345  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1346  * if necessary.
1347  *
1348  * This routine may not block.
1349  */
1350 void
1351 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1352 {
1353         u_short queue;
1354
1355         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1356         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1357         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1358                 vm_page_spin_unlock(m);
1359                 pagedaemon_wakeup();
1360         } else {
1361                 vm_page_spin_unlock(m);
1362         }
1363 }
1364
1365 /*
1366  * vm_page_list_find()
1367  *
1368  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1369  *
1370  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1371  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1372  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1373  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1374  *
1375  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1376  * memory to cpus and physical sockets.
1377  *
1378  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1379  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1380  * This is done by 'twisting' the colors.
1381  *
1382  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1383  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1384  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1385  * deactivating the page and looping).
1386  *
1387  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1388  *        is available for outside callers but the only critical path is
1389  *        from within this source file.
1390  *
1391  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1392  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1393  *        first, then queue.
1394  */
1395 static __inline
1396 vm_page_t
1397 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1398 {
1399         vm_page_t m;
1400
1401         for (;;) {
1402                 if (prefer_zero) {
1403                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl,
1404                                        pglist);
1405                 } else {
1406                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1407                 }
1408                 if (m == NULL) {
1409                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1410                         return(m);
1411                 }
1412                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1413                 if (m->queue == basequeue + index) {
1414                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1415                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1416                         break;
1417                 }
1418                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1419         }
1420         return(m);
1421 }
1422
1423 /*
1424  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1425  * a nearby queue.
1426  */
1427 static vm_page_t
1428 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1429 {
1430         struct vpgqueues *pq;
1431         vm_page_t m = NULL;
1432         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1433         int pqi;
1434         int i;
1435
1436         index &= PQ_L2_MASK;
1437         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1438
1439         /*
1440          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1441          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1442          */
1443         do {
1444                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1445                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1446                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1447                         m = TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl);
1448                         if (m) {
1449                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1450                                 if (m->queue == basequeue + pqi) {
1451                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1452                                         return(m);
1453                                 }
1454                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1455                                 --i;
1456                                 continue;
1457                         }
1458                 }
1459         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1460
1461         return(m);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1466  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1467  * deactivate it if it cannot be busied!)
1468  *
1469  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1470  */
1471 vm_page_t
1472 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1473 {
1474         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1475 }
1476
1477 /*
1478  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1479  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1480  *
1481  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1482  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1483  *
1484  * This routine may not block.
1485  *
1486  */
1487 static vm_page_t
1488 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1489 {
1490         vm_page_t m;
1491
1492         for (;;) {
1493                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1494                 if (m == NULL)
1495                         break;
1496                 /*
1497                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1498                  */
1499                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1500                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1501                         vm_page_spin_unlock(m);
1502                 } else {
1503                         /*
1504                          * We successfully busied the page
1505                          */
1506                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1507                             m->hold_count == 0 &&
1508                             m->wire_count == 0 &&
1509                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1510                                 vm_page_spin_unlock(m);
1511                                 pagedaemon_wakeup();
1512                                 return(m);
1513                         }
1514
1515                         /*
1516                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1517                          */
1518                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1519                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1520                                 vm_page_spin_unlock(m);
1521                                 wakeup(m);
1522                         } else {
1523                                 vm_page_spin_unlock(m);
1524                         }
1525                 }
1526         }
1527         return (m);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1532  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1533  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1534  *
1535  * This routine may not block.
1536  */
1537 static __inline vm_page_t
1538 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1539 {
1540         vm_page_t m;
1541
1542         for (;;) {
1543                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1544                                        prefer_zero);
1545                 if (m == NULL)
1546                         break;
1547                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1548                         /*
1549                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1550                          * result in a busy page on the free queue.  We
1551                          * have to move the page out of the way so we can
1552                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1553                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1554                          * the pageout daemon will free the page later on.
1555                          *
1556                          * Since we could not busy the page, however, we
1557                          * cannot make assumptions as to whether the page
1558                          * will be allocated by the other thread or not,
1559                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1560                          * of the way.  In particular, if the other thread
1561                          * wires the page it may wind up on the inactive
1562                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1563                          * with that case too.
1564                          */
1565                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1566                         vm_page_spin_unlock(m);
1567                 } else {
1568                         /*
1569                          * Theoretically if we are able to busy the page
1570                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1571                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1572                          * page before us.
1573                          */
1574                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1575                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1576                         KASSERT(m->hold_count == 0, ("m->hold_count is not zero "
1577                                                      "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
1578                                                      m, m->queue, m->flags, m->hold_count, m->wire_count));
1579                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1580                         vm_page_spin_unlock(m);
1581                         pagedaemon_wakeup();
1582
1583                         /* return busied and removed page */
1584                         return(m);
1585                 }
1586         }
1587         return(m);
1588 }
1589
1590 /*
1591  * vm_page_alloc()
1592  *
1593  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1594  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1595  *
1596  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1597  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1598  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1599  *
1600  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1601  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1602  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1603  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1604  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1605  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1606  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1607  *                              (see vm_page_grab())
1608  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1609  *
1610  * The object must be held if not NULL
1611  * This routine may not block
1612  *
1613  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1614  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1615  * in this case.
1616  */
1617 vm_page_t
1618 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1619 {
1620         globaldata_t gd = mycpu;
1621         vm_object_t obj;
1622         vm_page_t m;
1623         u_short pg_color;
1624
1625 #if 0
1626         /*
1627          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1628          * and pre-zerod for us.
1629          */
1630         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1631                 crit_enter_gd(gd);
1632                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1633                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1634                         crit_exit_gd(gd);
1635                         goto done;
1636                 }
1637                 crit_exit_gd(gd);
1638         }
1639 #endif
1640         m = NULL;
1641
1642         /*
1643          * CPU LOCALIZATION
1644          *
1645          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
1646          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
1647          * id, and core_id != gd_cpuid).
1648          *
1649          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
1650          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
1651          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
1652          */
1653         pg_color = vm_get_pg_color(gd, object, pindex);
1654
1655         KKASSERT(page_req & 
1656                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1657                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1658
1659         /*
1660          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1661          * allowed to eat deeper into the free page list.
1662          */
1663         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1664                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1665
1666         /*
1667          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
1668          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
1669          * livelocks, be careful.
1670          */
1671 loop:
1672         if (vmstats.v_free_count >= vmstats.v_free_reserved ||
1673             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1674             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1675                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1676         ) {
1677                 /*
1678                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1679                  */
1680                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1681                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1682                 else
1683                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1684         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1685                 /*
1686                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1687                  * success, we must free the page and try again, thus
1688                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1689                  */
1690 #ifdef INVARIANTS
1691                 if (curthread->td_preempted) {
1692                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1693                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1694                         m = NULL;
1695                 } else {
1696                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1697                 }
1698 #else
1699                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1700 #endif
1701                 /*
1702                  * On success move the page into the free queue and loop.
1703                  *
1704                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1705                  * because this is effectively a random page and the caller
1706                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1707                  * deadlock.
1708                  */
1709                 if (m != NULL) {
1710                         KASSERT(m->dirty == 0,
1711                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1712                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1713                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1714                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1715                                         vm_page_free(m);
1716                                         /* m->object NULL here */
1717                                         vm_object_drop(obj);
1718                                 } else {
1719                                         vm_page_deactivate(m);
1720                                         vm_page_wakeup(m);
1721                                 }
1722                         } else {
1723                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1724                                 vm_page_free(m);
1725                         }
1726                         goto loop;
1727                 }
1728
1729                 /*
1730                  * On failure return NULL
1731                  */
1732 #if defined(DIAGNOSTIC)
1733                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1734                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1735 #endif
1736                 vm_pageout_deficit++;
1737                 pagedaemon_wakeup();
1738                 return (NULL);
1739         } else {
1740                 /*
1741                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1742                  */
1743                 vm_pageout_deficit++;
1744                 pagedaemon_wakeup();
1745                 return (NULL);
1746         }
1747
1748         /*
1749          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1750          * page.
1751          */
1752         if (m == NULL)
1753                 goto loop;
1754
1755         /*
1756          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1757          * removed from its queues.
1758          */
1759         KASSERT(m->dirty == 0,
1760                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1761         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1762
1763 #if 0
1764 done:
1765 #endif
1766         /*
1767          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1768          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1769          */
1770         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_BUSY | PG_SBUSY));
1771         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1772         KKASSERT(m->busy == 0);
1773         m->act_count = 0;
1774         m->valid = 0;
1775
1776         /*
1777          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1778          * vm_page_insert()).
1779          *
1780          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1781          *       (which could cause us to block allocating memory).
1782          *
1783          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1784          *       can be used by the caller for any purpose.
1785          */
1786         if (object) {
1787                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1788                         vm_page_free(m);
1789                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1790                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
1791                                       object, (long)pindex, m);
1792                         m = NULL;
1793                 }
1794         } else {
1795                 m->pindex = pindex;
1796         }
1797
1798         /*
1799          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1800          * we would be nearly out of memory.
1801          */
1802         pagedaemon_wakeup();
1803
1804         /*
1805          * A PG_BUSY page is returned.
1806          */
1807         return (m);
1808 }
1809
1810 /*
1811  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
1812  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
1813  */
1814 vm_size_t
1815 vm_contig_avail_pages(void)
1816 {
1817         alist_blk_t blk;
1818         alist_blk_t count;
1819         alist_blk_t bfree;
1820         spin_lock(&vm_contig_spin);
1821         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
1822         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1823
1824         return bfree;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1829  * requirements.
1830  */
1831 vm_page_t
1832 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1833                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1834                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
1835 {
1836         alist_blk_t blk;
1837         vm_page_t m;
1838         int i;
1839
1840         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1841         if (alignment == 0)
1842                 alignment = 1;
1843         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1844         if (boundary == 0)
1845                 boundary = 1;
1846         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1847
1848         spin_lock(&vm_contig_spin);
1849         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1850         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1851                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1852                 if (bootverbose) {
1853                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1854                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1855                 }
1856                 return(NULL);
1857         }
1858         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1859                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1860                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1861                 if (bootverbose) {
1862                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1863                                 "%016jx failed\n",
1864                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1865                                 (intmax_t)high);
1866                 }
1867                 return(NULL);
1868         }
1869         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1870         if (vm_contig_verbose) {
1871                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1872                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1873                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1874         }
1875
1876         m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
1877         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1878                 for (i = 0;i < size;i++)
1879                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
1880         return m;
1881 }
1882
1883 /*
1884  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1885  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1886  */
1887 void
1888 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1889 {
1890         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1891         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1892         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1893
1894         if (vm_contig_verbose) {
1895                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1896                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1897         }
1898         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1899                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1900                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1901                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1902                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1903         } else {
1904                 while (pages) {
1905                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1906                         vm_page_unwire(m, 0);
1907                         vm_page_free(m);
1908                         --pages;
1909                         ++m;
1910                 }
1911
1912         }
1913 }
1914
1915
1916 /*
1917  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1918  * operations.
1919  *
1920  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
1921  *           will trivially deadlock the system.
1922  */
1923 void
1924 vm_wait_nominal(void)
1925 {
1926         while (vm_page_count_min(0))
1927                 vm_wait(0);
1928 }
1929
1930 /*
1931  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1932  */
1933 int
1934 vm_test_nominal(void)
1935 {
1936         if (vm_page_count_min(0))
1937                 return(1);
1938         return(0);
1939 }
1940
1941 /*
1942  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1943  * places before memory allocations.
1944  *
1945  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1946  * more generous then that.
1947  */
1948 void
1949 vm_wait(int timo)
1950 {
1951         /*
1952          * never wait forever
1953          */
1954         if (timo == 0)
1955                 timo = hz;
1956         lwkt_gettoken(&vm_token);
1957
1958         if (curthread == pagethread) {
1959                 /*
1960                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1961                  */
1962                 if (vm_page_count_min(0)) {
1963                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1964                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1965                 }
1966         } else {
1967                 /*
1968                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1969                  *
1970                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
1971                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
1972                  * But wait a little to try to slow down page allocations
1973                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
1974                  * allocation priority.
1975                  */
1976                 if (vm_page_count_target()) {
1977                         if (vm_pages_needed == 0) {
1978                                 vm_pages_needed = 1;
1979                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1980                         }
1981                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1982                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1983                 }
1984         }
1985         lwkt_reltoken(&vm_token);
1986 }
1987
1988 /*
1989  * Block until free pages are available for allocation
1990  *
1991  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1992  * easily tracked.
1993  */
1994 void
1995 vm_wait_pfault(void)
1996 {
1997         /*
1998          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1999          *
2000          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2001          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2002          * But wait a little to try to slow down page allocations
2003          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2004          * allocation priority.
2005          */
2006         if (vm_page_count_min(0)) {
2007                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2008                 while (vm_page_count_severe()) {
2009                         if (vm_page_count_target()) {
2010                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2011                                         vm_pages_needed = 1;
2012                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2013                                 }
2014                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2015                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2016                         }
2017                 }
2018                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2019         }
2020 }
2021
2022 /*
2023  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2024  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2025  *
2026  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2027  * This routine may not block.
2028  */
2029 void
2030 vm_page_activate(vm_page_t m)
2031 {
2032         u_short oqueue;
2033
2034         vm_page_spin_lock(m);
2035         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
2036                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2037                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2038                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2039
2040                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2041                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2042                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2043                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2044                                 m->act_count = ACT_INIT;
2045                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2046                 }
2047                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2048                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2049                         pagedaemon_wakeup();
2050         } else {
2051                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2052                         m->act_count = ACT_INIT;
2053                 vm_page_spin_unlock(m);
2054         }
2055 }
2056
2057 /*
2058  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2059  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2060  * queues.
2061  *
2062  * This routine may not block.
2063  */
2064 static __inline void
2065 vm_page_free_wakeup(void)
2066 {
2067         /*
2068          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2069          * there are some free.
2070          */
2071         if (vm_pageout_pages_needed &&
2072             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
2073             vmstats.v_pageout_free_min
2074         ) {
2075                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2076                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2077         }
2078
2079         /*
2080          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2081          *
2082          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2083          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2084          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2085          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2086          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2087          * normal target.
2088          */
2089         if (vm_pages_waiting) {
2090                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2091                     !vm_page_count_target()) {
2092                         vm_pages_waiting = 0;
2093                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2094                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2095                 }
2096 #if 0
2097                 if (!vm_page_count_target()) {
2098                         /*
2099                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2100                          */
2101                         vm_pages_waiting = 0;
2102                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2103                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2104                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2105                         /*
2106                          * Some pages are free, wakeup someone.
2107                          */
2108                         int wcount = vm_pages_waiting;
2109                         if (wcount > 0)
2110                                 --wcount;
2111                         vm_pages_waiting = wcount;
2112                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2113                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2114                 }
2115 #endif
2116         }
2117 }
2118
2119 /*
2120  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2121  * it from its VM object.
2122  *
2123  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
2124  * return (the page will have been freed).
2125  */
2126 void
2127 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2128 {
2129         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2130         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2131         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2132
2133         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2134                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
2135                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
2136                         (u_long)m->pindex, m->busy,
2137                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
2138                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2139                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2140                 else
2141                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2142         }
2143
2144         /*
2145          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2146          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2147          * after this section (because the page was removed from any
2148          * queue).
2149          */
2150         vm_page_remove(m);
2151         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2152         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2153
2154         /*
2155          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2156          * and queue removal.
2157          */
2158         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2159                 vm_page_spin_unlock(m);
2160                 vm_page_wakeup(m);
2161                 return;
2162         }
2163
2164         m->valid = 0;
2165         vm_page_undirty(m);
2166
2167         if (m->wire_count != 0) {
2168                 if (m->wire_count > 1) {
2169                     panic(
2170                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2171                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2172                 }
2173                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2174         }
2175
2176         /*
2177          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2178          * Clear the NEED_COMMIT flag
2179          */
2180         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2181                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2182         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2183                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2184
2185         if (m->hold_count != 0) {
2186                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2187         } else {
2188                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
2189         }
2190
2191         /*
2192          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2193          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2194          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2195          * deadlock.
2196          */
2197         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2198         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2199                 vm_page_spin_unlock(m);
2200                 wakeup(m);
2201         } else {
2202                 vm_page_spin_unlock(m);
2203         }
2204         vm_page_free_wakeup();
2205 }
2206
2207 /*
2208  * vm_page_unmanage()
2209  *
2210  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2211  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2212  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2213  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2214  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2215  * operate on the page.
2216  *
2217  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2218  * will clear the flag.
2219  *
2220  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2221  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2222  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2223  * mappings.
2224  *
2225  * Caller must be holding the page busy.
2226  */
2227 void
2228 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2229 {
2230         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2231         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2232                 if (m->wire_count == 0)
2233                         vm_page_unqueue(m);
2234         }
2235         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2236 }
2237
2238 /*
2239  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2240  * paging queues as necessary.
2241  *
2242  * Caller must be holding the page busy.
2243  */
2244 void
2245 vm_page_wire(vm_page_t m)
2246 {
2247         /*
2248          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2249          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2250          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2251          * pages because they are always wired.
2252          */
2253         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2254         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2255                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2256                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2257                                 vm_page_unqueue(m);
2258                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2259                 }
2260                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2261                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2262         }
2263 }
2264
2265 /*
2266  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2267  *
2268  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2269  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2270  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2271  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2272  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2273  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2274  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2275  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2276  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2277  * reused more quickly.
2278  *
2279  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2280  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2281  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2282  *
2283  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2284  * put clean pages on the cache queue.
2285  *
2286  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2287  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2288  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2289  * dirty pages in the cache are not allowed.
2290  *
2291  * This routine may not block.
2292  */
2293 void
2294 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2295 {
2296         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2297         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2298                 /* do nothing */
2299         } else if (m->wire_count <= 0) {
2300                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2301         } else {
2302                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2303                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2304                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2305                                 ;
2306                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2307                                 vm_page_spin_lock(m);
2308                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2309                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2310                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2311                         } else {
2312                                 vm_page_spin_lock(m);
2313                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2314                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2315                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2316                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2317                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2318                         }
2319                 }
2320         }
2321 }
2322
2323 /*
2324  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2325  * any associated swap, the swap is deallocated.
2326  *
2327  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2328  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2329  * except without unmapping it from the process address space.
2330  *
2331  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2332  * This routine may not block.
2333  */
2334 static void
2335 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2336 {
2337         u_short oqueue;
2338
2339         /*
2340          * Ignore if already inactive.
2341          */
2342         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2343                 return;
2344         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2345         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2346
2347         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2348                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2349                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2350                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2351                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2352                 if (athead == 0)
2353                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2354         }
2355         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2356         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2357         /* leaves vm_page spinlocked */
2358 }
2359
2360 /*
2361  * Attempt to deactivate a page.
2362  *
2363  * No requirements.
2364  */
2365 void
2366 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2367 {
2368         vm_page_spin_lock(m);
2369         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2370         vm_page_spin_unlock(m);
2371 }
2372
2373 void
2374 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2375 {
2376         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2377 }
2378
2379 /*
2380  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2381  *
2382  * Returns 0 on failure, 1 on success
2383  *
2384  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2385  * whether the page can be safely moved to the cache.
2386  */
2387 int
2388 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2389 {
2390         vm_page_spin_lock(m);
2391         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2392                 vm_page_spin_unlock(m);
2393                 return(0);
2394         }
2395         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2396             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2397                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2398                         vm_page_spin_unlock(m);
2399                         wakeup(m);
2400                 } else {
2401                         vm_page_spin_unlock(m);
2402                 }
2403                 return(0);
2404         }
2405         vm_page_spin_unlock(m);
2406
2407         /*
2408          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2409          * be moved to the cache.
2410          */
2411         vm_page_test_dirty(m);
2412         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2413                 vm_page_wakeup(m);
2414                 return(0);
2415         }
2416         vm_page_cache(m);
2417         return(1);
2418 }
2419
2420 /*
2421  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2422  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2423  *
2424  * No requirements.
2425  */
2426 int
2427 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2428 {
2429         vm_page_spin_lock(m);
2430         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2431                 vm_page_spin_unlock(m);
2432                 return(0);
2433         }
2434
2435         /*
2436          * The page can be in any state, including already being on the free
2437          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2438          */
2439         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2440             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2441             m->wire_count ||                    /* or wired */
2442             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2443                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2444             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2445             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2446                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2447                         vm_page_spin_unlock(m);
2448                         wakeup(m);
2449                 } else {
2450                         vm_page_spin_unlock(m);
2451                 }
2452                 return(0);
2453         }
2454         vm_page_spin_unlock(m);
2455
2456         /*
2457          * We can probably free the page.
2458          *
2459          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2460          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2461          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2462          */
2463         vm_page_test_dirty(m);
2464         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2465                 vm_page_wakeup(m);
2466                 return(0);
2467         }
2468         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2469         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2470                 vm_page_wakeup(m);
2471                 return(0);
2472         }
2473         vm_page_free(m);
2474         return(1);
2475 }
2476
2477 /*
2478  * vm_page_cache
2479  *
2480  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2481  *
2482  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2483  * possibly even free the page.
2484  */
2485 void
2486 vm_page_cache(vm_page_t m)
2487 {
2488         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2489             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2490                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2491                 vm_page_wakeup(m);
2492                 return;
2493         }
2494
2495         /*
2496          * Already in the cache (and thus not mapped)
2497          */
2498         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2499                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2500                 vm_page_wakeup(m);
2501                 return;
2502         }
2503
2504         /*
2505          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2506          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2507          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2508          */
2509         if (m->dirty) {
2510                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2511                         (long)m->pindex);
2512         }
2513
2514         /*
2515          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2516          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2517          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2518          * everything.
2519          */
2520         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2521         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2522             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2523                 vm_page_wakeup(m);
2524         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2525                 vm_page_deactivate(m);
2526                 vm_page_wakeup(m);
2527         } else {
2528                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2529                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2530                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2531                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2532                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2533                         vm_page_spin_unlock(m);
2534                         wakeup(m);
2535                 } else {
2536                         vm_page_spin_unlock(m);
2537                 }
2538                 vm_page_free_wakeup();
2539         }
2540 }
2541
2542 /*
2543  * vm_page_dontneed()
2544  *
2545  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2546  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2547  *
2548  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2549  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2550  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2551  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2552  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2553  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2554  *
2555  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2556  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2557  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2558  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2559  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2560  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2561  * often.
2562  *
2563  * The page must be busied.
2564  */
2565 void
2566 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2567 {
2568         static int dnweight;
2569         int dnw;
2570         int head;
2571
2572         dnw = ++dnweight;
2573
2574         /*
2575          * occassionally leave the page alone
2576          */
2577         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2578             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2579             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2580         ) {
2581                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2582                         --m->act_count;
2583                 return;
2584         }
2585
2586         /*
2587          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2588          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2589          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2590          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2591          */
2592         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2593         pmap_clear_reference(m);
2594
2595         if (m->dirty == 0)
2596                 vm_page_test_dirty(m);
2597
2598         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2599                 /*
2600                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2601                  */
2602                 head = 0;
2603         } else {
2604                 /*
2605                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2606                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2607                  * at the head of the queue instead of the tail.
2608                  */
2609                 head = 1;
2610         }
2611         vm_page_spin_lock(m);
2612         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2613         vm_page_spin_unlock(m);
2614 }
2615
2616 /*
2617  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2618  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2619  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2620  * write can still be mapped read-only.
2621  *
2622  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2623  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2624  * busy bit is cleared.
2625  */
2626 void
2627 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2628 {
2629         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2630         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2631         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2632 }
2633
2634 void
2635 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2636 {
2637         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2638         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2639         if (m->busy == 0)
2640                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2641 }
2642
2643 /*
2644  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2645  * be reused.  Used by tmpfs.
2646  */
2647 void
2648 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2649 {
2650         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2651         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2652 }
2653
2654 void
2655 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2656 {
2657         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2658 }
2659
2660 /*
2661  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2662  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2663  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2664  * the page).
2665  *
2666  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2667  * page will be zero'd and marked valid.
2668  *
2669  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2670  * valid even if it already exists.
2671  *
2672  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2673  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2674  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2675  *
2676  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2677  * always returned if we had blocked.  
2678  *
2679  * This routine may not be called from an interrupt.
2680  *
2681  * No other requirements.
2682  */
2683 vm_page_t
2684 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2685 {
2686         vm_page_t m;
2687         int error;
2688         int shared = 1;
2689
2690         KKASSERT(allocflags &
2691                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2692         vm_object_hold_shared(object);
2693         for (;;) {
2694                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2695                 if (error) {
2696                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2697                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2698                                 m = NULL;
2699                                 break;
2700                         }
2701                         /* retry */
2702                 } else if (m == NULL) {
2703                         if (shared) {
2704                                 vm_object_upgrade(object);
2705                                 shared = 0;
2706                         }
2707                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2708                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2709                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2710                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2711                         if (m)
2712                                 break;
2713                         vm_wait(0);
2714                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2715                                 goto failed;
2716                 } else {
2717                         /* m found */
2718                         break;
2719                 }
2720         }
2721
2722         /*
2723          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2724          *
2725          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2726          * valid even if already valid.
2727          *
2728          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
2729          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
2730          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
2731          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
2732          *        accesors taking the fault.
2733          *
2734          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
2735          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
2736          *        for userland to access the memory.
2737          */
2738         if (m->valid == 0) {
2739                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2740                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2741                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2742                 }
2743         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2744                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2745                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2746         }
2747 failed:
2748         vm_object_drop(object);
2749         return(m);
2750 }
2751
2752 /*
2753  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2754  * a page.  May not block.
2755  *
2756  * Inputs are required to range within a page.
2757  *
2758  * No requirements.
2759  * Non blocking.
2760  */
2761 int
2762 vm_page_bits(int base, int size)
2763 {
2764         int first_bit;
2765         int last_bit;
2766
2767         KASSERT(
2768             base + size <= PAGE_SIZE,
2769             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2770         );
2771
2772         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2773                 return(0);
2774
2775         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2776         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2777
2778         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2779 }
2780
2781 /*
2782  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2783  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2784  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2785  * such chunks will be zero'd.
2786  *
2787  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2788  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2789  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2790  *       lost.
2791  *
2792  * This routine may not block.
2793  *
2794  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2795  */
2796 static void
2797 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2798 {
2799         int frag;
2800         int endoff;
2801
2802         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2803                 return;
2804
2805         /*
2806          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2807          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2808          * first block.
2809          */
2810
2811         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2812             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2813         ) {
2814                 pmap_zero_page_area(
2815                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2816                     frag,
2817                     base - frag
2818                 );
2819         }
2820
2821         /*
2822          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2823          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2824          * the last block.
2825          */
2826
2827         endoff = base + size;
2828
2829         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2830             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2831         ) {
2832                 pmap_zero_page_area(
2833                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2834                     endoff,
2835                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2836                 );
2837         }
2838 }
2839
2840 /*
2841  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2842  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2843  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2844  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2845  * be set again.
2846  *
2847  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2848  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2849  * the range.
2850  *
2851  * Page must be busied?
2852  * No other requirements.
2853  */
2854 void
2855 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2856 {
2857         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2858         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2859 }
2860
2861
2862 /*
2863  * Set valid bits and clear dirty bits.
2864  *
2865  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2866  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2867  *       and size.
2868  *
2869  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2870  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2871  *          So for now vm_token must also be held.
2872  *
2873  * No other requirements.
2874  */
2875 void
2876 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2877 {
2878         int pagebits;
2879
2880         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2881         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2882         m->valid |= pagebits;
2883         m->dirty &= ~pagebits;
2884         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2885                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2886                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2887         }
2888 }
2889
2890 /*
2891  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2892  *
2893  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2894  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2895  *          be held.
2896  *
2897  * No other requirements.
2898  */
2899 void
2900 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2901 {
2902         int pagebits;
2903
2904         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2905         m->valid |= pagebits;
2906         m->dirty |= pagebits;
2907         if (m->object)
2908                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2909 }
2910
2911 /*
2912  * Clear dirty bits.
2913  *
2914  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2915  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2916  *       and size.
2917  *
2918  * Page must be busied?
2919  * No other requirements.
2920  */
2921 void
2922 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2923 {
2924         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2925         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2926                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2927                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2928         }
2929 }
2930
2931 /*
2932  * Make the page all-dirty.
2933  *
2934  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2935  * object may now contain a dirty page.
2936  *
2937  * Page must be busied?
2938  * No other requirements.
2939  */
2940 void
2941 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2942 {
2943 #ifdef INVARIANTS
2944         int pqtype = m->queue - m->pc;
2945 #endif
2946         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2947                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2948         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2949                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2950                 if (m->object)
2951                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2952         }
2953 }
2954
2955 /*
2956  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2957  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2958  *
2959  * Page must be busied?
2960  * Does not block.
2961  * No other requirements.
2962  */
2963 void
2964 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2965 {
2966         int bits;
2967
2968         bits = vm_page_bits(base, size);
2969         m->valid &= ~bits;
2970         m->dirty &= ~bits;
2971         m->object->generation++;
2972 }
2973
2974 /*
2975  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2976  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2977  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2978  * page so user code sees what it expects.
2979  *
2980  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2981  * into memory and the file's size is not page aligned.
2982  *
2983  * Page must be busied?
2984  * No other requirements.
2985  */
2986 void
2987 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2988 {
2989         int b;
2990         int i;
2991
2992         /*
2993          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2994          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2995          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2996          * vm_page_set_validclean().
2997          */
2998         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2999                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3000                     (m->valid & (1 << i))
3001                 ) {
3002                         if (i > b) {
3003                                 pmap_zero_page_area(
3004                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3005                                     b << DEV_BSHIFT,
3006                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3007                                 );
3008                         }
3009                         b = i + 1;
3010                 }
3011         }
3012
3013         /*
3014          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3015          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3016          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3017          */
3018         if (setvalid)
3019                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3020 }
3021
3022 /*
3023  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3024  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3025  * invalid, and TRUE otherwise.
3026  *
3027  * Does not block.
3028  * No other requirements.
3029  */
3030 int
3031 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3032 {
3033         int bits = vm_page_bits(base, size);
3034
3035         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3036                 return 1;
3037         else
3038                 return 0;
3039 }
3040
3041 /*
3042  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3043  *
3044  * Caller must hold the page busy
3045  */
3046 void
3047 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3048 {
3049         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3050                 vm_page_dirty(m);
3051         }
3052 }
3053
3054 /*
3055  * Register an action, associating it with its vm_page
3056  */
3057 void
3058 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
3059 {
3060         struct vm_page_action_list *list;
3061         int hv;
3062
3063         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
3064         list = &action_list[hv];
3065
3066         lwkt_gettoken(&vm_token);
3067         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
3068         action->event = event;
3069         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
3070         lwkt_reltoken(&vm_token);
3071 }
3072
3073 /*
3074  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
3075  */
3076 void
3077 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
3078 {
3079         struct vm_page_action_list *list;
3080         int hv;
3081
3082         lwkt_gettoken(&vm_token);
3083         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
3084                 action->event = VMEVENT_NONE;
3085                 LIST_REMOVE(action, entry);
3086
3087                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
3088                 list = &action_list[hv];
3089                 if (LIST_EMPTY(list))
3090                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
3091         }
3092         lwkt_reltoken(&vm_token);
3093 }
3094
3095 /*
3096  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
3097  * removed from the page's list and called.
3098  *
3099  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
3100  * PG_ACTIONLIST flag.
3101  */
3102 void
3103 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
3104 {
3105         struct vm_page_action_list *list;
3106         struct vm_page_action *scan;
3107         struct vm_page_action *next;
3108         int hv;
3109         int all;
3110
3111         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
3112         list = &action_list[hv];
3113         all = 1;
3114
3115         lwkt_gettoken(&vm_token);
3116         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
3117                 if (scan->m == m) {
3118                         if (scan->event == event) {
3119                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
3120                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
3121                                 scan->func(m, scan);
3122                                 /* XXX */
3123                         } else {
3124                                 all = 0;
3125                         }
3126                 }
3127         }
3128         if (all)
3129                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
3130         lwkt_reltoken(&vm_token);
3131 }
3132
3133 #include "opt_ddb.h"
3134 #ifdef DDB
3135 #include <sys/kernel.h>
3136
3137 #include <ddb/ddb.h>
3138
3139 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3140 {
3141         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3142         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3143         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3144         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3145         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3146         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3147         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3148         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3149         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3150         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3151 }
3152
3153 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3154 {
3155         int i;
3156         db_printf("PQ_FREE:");
3157         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3158                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3159         }
3160         db_printf("\n");
3161                 
3162         db_printf("PQ_CACHE:");
3163         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3164                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3165         }
3166         db_printf("\n");
3167
3168         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3169         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3170                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3171         }
3172         db_printf("\n");
3173
3174         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3175         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3176                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3177         }
3178         db_printf("\n");
3179 }
3180 #endif /* DDB */