Device layer rollup commit.
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
38  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.21 2004/05/13 17:40:19 dillon Exp $
39  */
40
41 /*
42  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
43  * All rights reserved.
44  *
45  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
46  *
47  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
48  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
49  * notice and this permission notice appear in all copies of the
50  * software, derivative works or modified versions, and any portions
51  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
52  *
53  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
54  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
55  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
56  *
57  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
58  *
59  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
60  *  School of Computer Science
61  *  Carnegie Mellon University
62  *  Pittsburgh PA 15213-3890
63  *
64  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
65  * rights to redistribute these changes.
66  */
67
68 /*
69  *      Resident memory management module.
70  */
71
72 #include <sys/param.h>
73 #include <sys/systm.h>
74 #include <sys/malloc.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/vm_page2.h>
91
92 static void     vm_page_queue_init (void);
93 static vm_page_t vm_page_select_cache (vm_object_t, vm_pindex_t);
94
95 /*
96  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
97  *      page structure.
98  */
99
100 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
101 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
102 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
103 static volatile int vm_page_bucket_generation;
104
105 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
106
107 static void
108 vm_page_queue_init(void) {
109         int i;
110
111         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
112                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
113         }
114         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
115
116         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &vmstats.v_active_count;
117         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &vmstats.v_active_count;
118         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
119                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
120         }
121         for(i=0;i<PQ_COUNT;i++) {
122                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
123         }
124 }
125
126 vm_page_t vm_page_array = 0;
127 int vm_page_array_size = 0;
128 long first_page = 0;
129 int vm_page_zero_count = 0;
130
131 static __inline int vm_page_hash (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
132 static void vm_page_free_wakeup (void);
133
134 /*
135  *      vm_set_page_size:
136  *
137  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
138  *      size.  Must be called before any use of page-size
139  *      dependent functions.
140  */
141 void
142 vm_set_page_size(void)
143 {
144         if (vmstats.v_page_size == 0)
145                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
146         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
147                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
148 }
149
150 /*
151  *      vm_add_new_page:
152  *
153  *      Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
154  *      are added to both the head and tail of the associated free page
155  *      queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
156  *      requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
157  *
158  *      Must be called at splhigh().
159  */
160 vm_page_t
161 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
162 {
163         vm_page_t m;
164         struct vpgqueues *vpq;
165
166         ++vmstats.v_page_count;
167         ++vmstats.v_free_count;
168         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
169         m->phys_addr = pa;
170         m->flags = 0;
171         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
172         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
173         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
174         if (vpq->flipflop)
175                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
176         else
177                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
178         vpq->flipflop = 1 - vpq->flipflop;
179         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
180         return (m);
181 }
182
183 /*
184  *      vm_page_startup:
185  *
186  *      Initializes the resident memory module.
187  *
188  *      Allocates memory for the page cells, and
189  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
190  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
191  */
192
193 vm_offset_t
194 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
195 {
196         vm_offset_t mapped;
197         struct vm_page **bucket;
198         vm_size_t npages;
199         vm_paddr_t page_range;
200         vm_paddr_t new_end;
201         int i;
202         vm_paddr_t pa;
203         int nblocks;
204         vm_paddr_t last_pa;
205
206         /* the biggest memory array is the second group of pages */
207         vm_paddr_t end;
208         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
209
210         vm_paddr_t total;
211
212         total = 0;
213         biggestsize = 0;
214         biggestone = 0;
215         nblocks = 0;
216         vaddr = round_page(vaddr);
217
218         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
219                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
220                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
221         }
222
223         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
224                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
225
226                 if (size > biggestsize) {
227                         biggestone = i;
228                         biggestsize = size;
229                 }
230                 ++nblocks;
231                 total += size;
232         }
233
234         end = phys_avail[biggestone+1];
235
236         /*
237          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
238          * and the inactive queue.
239          */
240
241         vm_page_queue_init();
242
243         /*
244          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
245          *
246          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
247          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
248          * the system.  
249          *
250          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
251          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
252          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
253          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
254          *
255          * Note: This computation can be tweaked if desired.
256          */
257         vm_page_buckets = (struct vm_page **)vaddr;
258         bucket = vm_page_buckets;
259         if (vm_page_bucket_count == 0) {
260                 vm_page_bucket_count = 1;
261                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
262                         vm_page_bucket_count <<= 1;
263         }
264         vm_page_bucket_count <<= 1;
265         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
266
267         /*
268          * Validate these addresses.
269          */
270         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
271         new_end = trunc_page(new_end);
272         mapped = round_page(vaddr);
273         vaddr = pmap_map(mapped, new_end, end,
274             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
275         vaddr = round_page(vaddr);
276         bzero((caddr_t) mapped, vaddr - mapped);
277
278         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
279                 *bucket = NULL;
280                 bucket++;
281         }
282
283         /*
284          * Compute the number of pages of memory that will be available for
285          * use (taking into account the overhead of a page structure per
286          * page).
287          */
288
289         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
290
291         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
292         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
293             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
294
295         end = new_end;
296         /*
297          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
298          * queue.
299          */
300         vm_page_array = (vm_page_t) vaddr;
301         mapped = vaddr;
302
303         /*
304          * Validate these addresses.
305          */
306
307         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
308         mapped = pmap_map(mapped, new_end, end,
309             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
310
311         /*
312          * Clear all of the page structures
313          */
314         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
315         vm_page_array_size = page_range;
316
317         /*
318          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
319          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
320          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
321          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
322          */
323         vmstats.v_page_count = 0;
324         vmstats.v_free_count = 0;
325         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
326                 pa = phys_avail[i];
327                 if (i == biggestone)
328                         last_pa = new_end;
329                 else
330                         last_pa = phys_avail[i + 1];
331                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
332                         vm_add_new_page(pa);
333                         pa += PAGE_SIZE;
334                 }
335         }
336         return (mapped);
337 }
338
339 /*
340  *      vm_page_hash:
341  *
342  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
343  *
344  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
345  *      This routine may not block.
346  *
347  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
348  *      out in the hash table without it costing us too much.
349  */
350 static __inline int
351 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
352 {
353         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
354
355         return(i & vm_page_hash_mask);
356 }
357
358 void
359 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
360 {
361         --mem->hold_count;
362         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
363         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
364                 vm_page_free_toq(mem);
365 }
366
367 /*
368  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
369  *
370  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
371  *
372  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
373  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
374  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
375  *      here so we *can't* do this anyway.
376  *
377  *      This routine may not block.
378  *      This routine must be called at splvm().
379  */
380 void
381 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
382 {
383         struct vm_page **bucket;
384
385         if (m->object != NULL)
386                 panic("vm_page_insert: already inserted");
387
388         /*
389          * Record the object/offset pair in this page
390          */
391         m->object = object;
392         m->pindex = pindex;
393
394         /*
395          * Insert it into the object_object/offset hash table
396          */
397         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
398         m->hnext = *bucket;
399         *bucket = m;
400         vm_page_bucket_generation++;
401
402         /*
403          * Now link into the object's list of backed pages.
404          */
405
406         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
407         object->generation++;
408
409         /*
410          * show that the object has one more resident page.
411          */
412
413         object->resident_page_count++;
414
415         /*
416          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
417          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
418          */
419         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
420                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
421 }
422
423 /*
424  *      vm_page_remove:
425  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
426  *
427  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
428  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
429  *      the backing store.
430  *
431  *      This routine must be called at splvm()
432  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
433  *      This routine may not block.
434  */
435 void
436 vm_page_remove(vm_page_t m)
437 {
438         vm_object_t object;
439
440         if (m->object == NULL)
441                 return;
442
443         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
444                 panic("vm_page_remove: page not busy");
445         }
446
447         /*
448          * Basically destroy the page.
449          */
450
451         vm_page_wakeup(m);
452
453         object = m->object;
454
455         /*
456          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
457          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
458          *
459          * Note: we must NULL-out m->hnext to prevent loops in detached
460          * buffers with vm_page_lookup().
461          */
462         {
463                 struct vm_page **bucket;
464
465                 bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
466                 while (*bucket != m) {
467                         if (*bucket == NULL)
468                                 panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
469                         bucket = &(*bucket)->hnext;
470                 }
471                 *bucket = m->hnext;
472                 m->hnext = NULL;
473                 vm_page_bucket_generation++;
474         }
475
476         /*
477          * Now remove from the object's list of backed pages.
478          */
479         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
480
481         /*
482          * And show that the object has one fewer resident page.
483          */
484         object->resident_page_count--;
485         object->generation++;
486
487         m->object = NULL;
488 }
489
490 /*
491  *      vm_page_lookup:
492  *
493  *      Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
494  *      page could not be found.
495  *
496  *      This routine will operate properly without spl protection, but
497  *      the returned page could be in flux if it is busy.  Because an
498  *      interrupt can race a caller's busy check (unbusying and freeing the
499  *      page we return before the caller is able to check the busy bit),
500  *      the caller should generally call this routine at splvm().
501  *
502  *      Callers may call this routine without spl protection if they know
503  *      'for sure' that the page will not be ripped out from under them
504  *      by an interrupt.
505  */
506
507 vm_page_t
508 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
509 {
510         vm_page_t m;
511         struct vm_page **bucket;
512         int generation;
513
514         /*
515          * Search the hash table for this object/offset pair
516          */
517
518 retry:
519         generation = vm_page_bucket_generation;
520         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
521         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext) {
522                 if ((m->object == object) && (m->pindex == pindex)) {
523                         if (vm_page_bucket_generation != generation)
524                                 goto retry;
525                         return (m);
526                 }
527         }
528         if (vm_page_bucket_generation != generation)
529                 goto retry;
530         return (NULL);
531 }
532
533 /*
534  *      vm_page_rename:
535  *
536  *      Move the given memory entry from its
537  *      current object to the specified target object/offset.
538  *
539  *      The object must be locked.
540  *      This routine may not block.
541  *
542  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
543  *
544  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
545  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
546  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
547  *            moving the page from object A to B, and will then later move
548  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
549  *
550  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
551  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
552  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
553  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
554  *            on the cache.
555  */
556
557 void
558 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
559 {
560         int s;
561
562         s = splvm();
563         vm_page_remove(m);
564         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
565         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
566                 vm_page_deactivate(m);
567         vm_page_dirty(m);
568         splx(s);
569 }
570
571 /*
572  * vm_page_unqueue_nowakeup:
573  *
574  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
575  *
576  *      This routine must be called at splhigh().
577  *      This routine may not block.
578  */
579
580 void
581 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
582 {
583         int queue = m->queue;
584         struct vpgqueues *pq;
585         if (queue != PQ_NONE) {
586                 pq = &vm_page_queues[queue];
587                 m->queue = PQ_NONE;
588                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
589                 (*pq->cnt)--;
590                 pq->lcnt--;
591         }
592 }
593
594 /*
595  * vm_page_unqueue:
596  *
597  *      Remove a page from its queue.
598  *
599  *      This routine must be called at splhigh().
600  *      This routine may not block.
601  */
602
603 void
604 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
605 {
606         int queue = m->queue;
607         struct vpgqueues *pq;
608         if (queue != PQ_NONE) {
609                 m->queue = PQ_NONE;
610                 pq = &vm_page_queues[queue];
611                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
612                 (*pq->cnt)--;
613                 pq->lcnt--;
614                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
615                         if (vm_paging_needed())
616                                 pagedaemon_wakeup();
617                 }
618         }
619 }
620
621 #if PQ_L2_SIZE > 1
622
623 /*
624  *      vm_page_list_find:
625  *
626  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
627  *
628  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
629  *      that does not overload other nearby pages in the object in
630  *      the cpu's L1 or L2 caches.  We need this optimization because 
631  *      cpu caches tend to be physical caches, while object spaces tend 
632  *      to be virtual.
633  *
634  *      This routine must be called at splvm().
635  *      This routine may not block.
636  *
637  *      This routine may only be called from the vm_page_list_find() macro
638  *      in vm_page.h
639  */
640 vm_page_t
641 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
642 {
643         int i;
644         vm_page_t m = NULL;
645         struct vpgqueues *pq;
646
647         pq = &vm_page_queues[basequeue];
648
649         /*
650          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
651          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
652          * blown it by missing the cache case so we do not care.
653          */
654
655         for(i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
656                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
657                         break;
658
659                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl)) != NULL)
660                         break;
661         }
662         return(m);
663 }
664
665 #endif
666
667 /*
668  *      vm_page_select_cache:
669  *
670  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
671  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
672  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
673  *
674  *      This routine must be called at splvm().
675  *      This routine may not block.
676  */
677 vm_page_t
678 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
679 {
680         vm_page_t m;
681
682         while (TRUE) {
683                 m = vm_page_list_find(
684                     PQ_CACHE,
685                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
686                     FALSE
687                 );
688                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
689                                m->hold_count || m->wire_count)) {
690                         vm_page_deactivate(m);
691                         continue;
692                 }
693                 return m;
694         }
695 }
696
697 /*
698  *      vm_page_select_free:
699  *
700  *      Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
701  *      inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
702  *      otherwise.
703  *
704  *      This routine must be called at splvm().
705  *      This routine may not block.
706  */
707
708 static __inline vm_page_t
709 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
710 {
711         vm_page_t m;
712
713         m = vm_page_list_find(
714                 PQ_FREE,
715                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
716                 prefer_zero
717         );
718         return(m);
719 }
720
721 /*
722  *      vm_page_alloc:
723  *
724  *      Allocate and return a memory cell associated
725  *      with this VM object/offset pair.
726  *
727  *      page_req classes:
728  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
729  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
730  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
731  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page
732  *
733  *      Object must be locked.
734  *      This routine may not block.
735  *
736  *      Additional special handling is required when called from an
737  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
738  *      the page cache in this case.
739  */
740
741 vm_page_t
742 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
743 {
744         vm_page_t m = NULL;
745         int s;
746
747         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
748                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
749         KKASSERT(page_req & 
750                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
751
752         /*
753          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
754          */
755         if (curthread == pagethread)
756                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
757
758         s = splvm();
759 loop:
760         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
761             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
762             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
763                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
764         ) {
765                 /*
766                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
767                  */
768                 if (page_req & VM_ALLOC_ZERO)
769                         m = vm_page_select_free(object, pindex, TRUE);
770                 else
771                         m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
772         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
773                 /*
774                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
775                  * success, we must free the page and try again, thus
776                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
777                  */
778 #ifdef INVARIANTS
779                 if (curthread->td_preempted) {
780                         printf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
781                                 " cache page from preempting interrupt\n");
782                         m = NULL;
783                 } else {
784                         m = vm_page_select_cache(object, pindex);
785                 }
786 #else
787                 m = vm_page_select_cache(object, pindex);
788 #endif
789                 /*
790                  * On succuess move the page into the free queue and loop.
791                  */
792                 if (m != NULL) {
793                         KASSERT(m->dirty == 0,
794                             ("Found dirty cache page %p", m));
795                         vm_page_busy(m);
796                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
797                         vm_page_free(m);
798                         goto loop;
799                 }
800
801                 /*
802                  * On failure return NULL
803                  */
804                 splx(s);
805 #if defined(DIAGNOSTIC)
806                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
807                         printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
808 #endif
809                 vm_pageout_deficit++;
810                 pagedaemon_wakeup();
811                 return (NULL);
812         } else {
813                 /*
814                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
815                  */
816                 splx(s);
817                 vm_pageout_deficit++;
818                 pagedaemon_wakeup();
819                 return (NULL);
820         }
821
822         /*
823          * Good page found.
824          */
825         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n"));
826
827         /*
828          * Remove from free queue
829          */
830         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
831
832         /*
833          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
834          */
835         if (m->flags & PG_ZERO) {
836                 vm_page_zero_count--;
837                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
838         } else {
839                 m->flags = PG_BUSY;
840         }
841         m->wire_count = 0;
842         m->hold_count = 0;
843         m->act_count = 0;
844         m->busy = 0;
845         m->valid = 0;
846         KASSERT(m->dirty == 0, 
847                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
848
849         /*
850          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
851          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
852          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
853          * anywhere.
854          */
855         vm_page_insert(m, object, pindex);
856
857         /*
858          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
859          * we would be nearly out of memory.
860          */
861         if (vm_paging_needed())
862                 pagedaemon_wakeup();
863
864         splx(s);
865         return (m);
866 }
867
868 /*
869  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
870  *
871  *      Block until free pages are available for allocation
872  *      - Called in various places before memory allocations.
873  */
874
875 void
876 vm_wait(void)
877 {
878         int s;
879
880         s = splvm();
881         if (curthread == pagethread) {
882                 vm_pageout_pages_needed = 1;
883                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", 0);
884         } else {
885                 if (!vm_pages_needed) {
886                         vm_pages_needed = 1;
887                         wakeup(&vm_pages_needed);
888                 }
889                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", 0);
890         }
891         splx(s);
892 }
893
894 /*
895  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
896  *
897  *      Block until free pages are available for allocation
898  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
899  *        can be easily tracked.
900  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
901  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
902  *        this balance without careful testing first.
903  */
904
905 void
906 vm_waitpfault(void)
907 {
908         int s;
909
910         s = splvm();
911         if (!vm_pages_needed) {
912                 vm_pages_needed = 1;
913                 wakeup(&vm_pages_needed);
914         }
915         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", 0);
916         splx(s);
917 }
918
919 /*
920  *      vm_page_activate:
921  *
922  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
923  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
924  *      mess with it.
925  *
926  *      The page queues must be locked.
927  *      This routine may not block.
928  */
929 void
930 vm_page_activate(vm_page_t m)
931 {
932         int s;
933
934         s = splvm();
935         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
936                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
937                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
938
939                 vm_page_unqueue(m);
940
941                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
942                         m->queue = PQ_ACTIVE;
943                         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
944                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
945                         if (m->act_count < ACT_INIT)
946                                 m->act_count = ACT_INIT;
947                         vmstats.v_active_count++;
948                 }
949         } else {
950                 if (m->act_count < ACT_INIT)
951                         m->act_count = ACT_INIT;
952         }
953
954         splx(s);
955 }
956
957 /*
958  *      vm_page_free_wakeup:
959  *
960  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
961  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
962  *      queues.
963  *
964  *      This routine may not block.
965  *      This routine must be called at splvm()
966  */
967 static __inline void
968 vm_page_free_wakeup(void)
969 {
970         /*
971          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
972          * some free.
973          */
974         if (vm_pageout_pages_needed &&
975             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= vmstats.v_pageout_free_min) {
976                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
977                 vm_pageout_pages_needed = 0;
978         }
979         /*
980          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
981          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
982          * lots of memory. this process will swapin processes.
983          */
984         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
985                 vm_pages_needed = 0;
986                 wakeup(&vmstats.v_free_count);
987         }
988 }
989
990 /*
991  *      vm_page_free_toq:
992  *
993  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
994  *      disassociating it with any VM object.
995  *
996  *      Object and page must be locked prior to entry.
997  *      This routine may not block.
998  */
999
1000 void
1001 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1002 {
1003         int s;
1004         struct vpgqueues *pq;
1005 #if 0
1006         vm_object_t object = m->object;
1007 #endif
1008
1009         s = splvm();
1010
1011         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1012
1013         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1014                 printf(
1015                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1016                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1017                     m->hold_count);
1018                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1019                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1020                 else
1021                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1022         }
1023
1024         /*
1025          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1026          * the page here because we do not want to call the pager's
1027          * callback routine until after we've put the page on the
1028          * appropriate free queue.
1029          */
1030
1031         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1032         vm_page_remove(m);
1033
1034         /*
1035          * If fictitious remove object association and
1036          * return, otherwise delay object association removal.
1037          */
1038
1039         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1040                 splx(s);
1041                 return;
1042         }
1043
1044         m->valid = 0;
1045         vm_page_undirty(m);
1046
1047         if (m->wire_count != 0) {
1048                 if (m->wire_count > 1) {
1049                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1050                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1051                 }
1052                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1053         }
1054
1055         /*
1056          * We used to free the underlying vnode if the object was empty,
1057          * but we no longer do that because it can block.  Instead, the
1058          * sync code is made responsible for the cleanup.
1059          */
1060 #if 0
1061         if (object && 
1062             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1063             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0) &&
1064             object->handle != NULL
1065         ) {
1066                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1067
1068                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1069                         vfree(vp);
1070         }
1071 #endif
1072
1073         /*
1074          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1075          */
1076
1077         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1078             m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1079         } else {
1080 #ifdef __alpha__
1081             pmap_page_is_free(m);
1082 #endif
1083         }
1084
1085         if (m->hold_count != 0) {
1086                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1087                 m->queue = PQ_HOLD;
1088         } else
1089                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1090         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1091         pq->lcnt++;
1092         ++(*pq->cnt);
1093
1094         /*
1095          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1096          * first ) and non-zerod pages at the head.
1097          */
1098
1099         if (m->flags & PG_ZERO) {
1100                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1101                 ++vm_page_zero_count;
1102         } else {
1103                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1104         }
1105
1106         vm_page_free_wakeup();
1107
1108         splx(s);
1109 }
1110
1111 /*
1112  *      vm_page_unmanage:
1113  *
1114  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1115  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1116  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1117  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1118  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1119  *      operate on the page.
1120  *
1121  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1122  *      will clear the flag.
1123  *
1124  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1125  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1126  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1127  *      mappings.
1128  */
1129
1130 void
1131 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1132 {
1133         int s;
1134
1135         s = splvm();
1136         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1137                 if (m->wire_count == 0)
1138                         vm_page_unqueue(m);
1139         }
1140         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1141         splx(s);
1142 }
1143
1144 /*
1145  *      vm_page_wire:
1146  *
1147  *      Mark this page as wired down by yet
1148  *      another map, removing it from paging queues
1149  *      as necessary.
1150  *
1151  *      The page queues must be locked.
1152  *      This routine may not block.
1153  */
1154 void
1155 vm_page_wire(vm_page_t m)
1156 {
1157         int s;
1158
1159         /*
1160          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1161          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1162          * it is already off the queues).
1163          */
1164         s = splvm();
1165         if (m->wire_count == 0) {
1166                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1167                         vm_page_unqueue(m);
1168                 vmstats.v_wire_count++;
1169         }
1170         m->wire_count++;
1171         KASSERT(m->wire_count != 0,
1172             ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1173
1174         splx(s);
1175         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1176 }
1177
1178 /*
1179  *      vm_page_unwire:
1180  *
1181  *      Release one wiring of this page, potentially
1182  *      enabling it to be paged again.
1183  *
1184  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1185  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1186  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1187  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1188  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1189  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1190  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1191  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1192  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1193  *      reused more quickly.
1194  *
1195  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1196  *      put clean pages on the cache queue.
1197  *
1198  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1199  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1200  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1201  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1202  *
1203  *      The page queues must be locked.
1204  *      This routine may not block.
1205  */
1206 void
1207 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1208 {
1209         int s;
1210
1211         s = splvm();
1212
1213         if (m->wire_count > 0) {
1214                 m->wire_count--;
1215                 if (m->wire_count == 0) {
1216                         vmstats.v_wire_count--;
1217                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1218                                 ;
1219                         } else if (activate) {
1220                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_ACTIVE].pl, m, pageq);
1221                                 m->queue = PQ_ACTIVE;
1222                                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt++;
1223                                 vmstats.v_active_count++;
1224                         } else {
1225                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1226                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1227                                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1228                                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1229                                 vmstats.v_inactive_count++;
1230                         }
1231                 }
1232         } else {
1233                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1234         }
1235         splx(s);
1236 }
1237
1238
1239 /*
1240  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1241  * any associated swap, the swap is deallocated.
1242  *
1243  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1244  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1245  * except without unmapping it from the process address space.
1246  *
1247  * This routine may not block.
1248  */
1249 static __inline void
1250 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1251 {
1252         int s;
1253
1254         /*
1255          * Ignore if already inactive.
1256          */
1257         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1258                 return;
1259
1260         s = splvm();
1261         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1262                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1263                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1264                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1265                 vm_page_unqueue(m);
1266                 if (athead)
1267                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1268                 else
1269                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1270                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1271                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1272                 vmstats.v_inactive_count++;
1273         }
1274         splx(s);
1275 }
1276
1277 void
1278 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1279 {
1280     _vm_page_deactivate(m, 0);
1281 }
1282
1283 /*
1284  * vm_page_try_to_cache:
1285  *
1286  * Returns 0 on failure, 1 on success
1287  */
1288 int
1289 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1290 {
1291         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1292             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1293                 return(0);
1294         }
1295         vm_page_test_dirty(m);
1296         if (m->dirty)
1297                 return(0);
1298         vm_page_cache(m);
1299         return(1);
1300 }
1301
1302 /*
1303  * vm_page_try_to_free()
1304  *
1305  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1306  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1307  */
1308
1309 int
1310 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1311 {
1312         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1313             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1314                 return(0);
1315         }
1316         vm_page_test_dirty(m);
1317         if (m->dirty)
1318                 return(0);
1319         vm_page_busy(m);
1320         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1321         vm_page_free(m);
1322         return(1);
1323 }
1324
1325
1326 /*
1327  * vm_page_cache
1328  *
1329  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1330  *
1331  * This routine may not block.
1332  */
1333 void
1334 vm_page_cache(vm_page_t m)
1335 {
1336         int s;
1337
1338         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1339                         m->wire_count || m->hold_count) {
1340                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
1341                 return;
1342         }
1343         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1344                 return;
1345
1346         /*
1347          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1348          * writeable or mapped.
1349          */
1350
1351         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1352         if (m->dirty != 0) {
1353                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1354                         (long)m->pindex);
1355         }
1356         s = splvm();
1357         vm_page_unqueue_nowakeup(m);
1358         m->queue = PQ_CACHE + m->pc;
1359         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
1360         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
1361         vmstats.v_cache_count++;
1362         vm_page_free_wakeup();
1363         splx(s);
1364 }
1365
1366 /*
1367  * vm_page_dontneed
1368  *
1369  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1370  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1371  *
1372  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1373  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1374  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1375  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1376  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1377  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1378  *
1379  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1380  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1381  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1382  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1383  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1384  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1385  *      often.
1386  */
1387
1388 void
1389 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1390 {
1391         static int dnweight;
1392         int dnw;
1393         int head;
1394
1395         dnw = ++dnweight;
1396
1397         /*
1398          * occassionally leave the page alone
1399          */
1400
1401         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1402             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1403             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1404         ) {
1405                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1406                         --m->act_count;
1407                 return;
1408         }
1409
1410         if (m->dirty == 0)
1411                 vm_page_test_dirty(m);
1412
1413         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1414                 /*
1415                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1416                  */
1417                 head = 0;
1418         } else {
1419                 /*
1420                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1421                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1422                  * at the head of the queue instead of the tail.
1423                  */
1424                 head = 1;
1425         }
1426         _vm_page_deactivate(m, head);
1427 }
1428
1429 /*
1430  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
1431  * A busy page is returned or NULL.
1432  *
1433  * If VM_ALLOC_RETRY is specified VM_ALLOC_NORMAL must also be specified.
1434  * If VM_ALLOC_RETRY is not specified
1435  *
1436  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
1437  * always returned if we had blocked.  
1438  * This routine will never return NULL if VM_ALLOC_RETRY is set.
1439  * This routine may not be called from an interrupt.
1440  * The returned page may not be entirely valid.
1441  *
1442  * This routine may be called from mainline code without spl protection and
1443  * be guarenteed a busied page associated with the object at the specified
1444  * index.
1445  */
1446 vm_page_t
1447 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1448 {
1449         vm_page_t m;
1450         int s, generation;
1451
1452         KKASSERT(allocflags &
1453                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1454         s = splvm();
1455 retrylookup:
1456         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1457                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1458                         generation = object->generation;
1459
1460                         while ((object->generation == generation) &&
1461                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1462                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1463                                 tsleep(m, 0, "pgrbwt", 0);
1464                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1465                                         m = NULL;
1466                                         goto done;
1467                                 }
1468                         }
1469                         goto retrylookup;
1470                 } else {
1471                         vm_page_busy(m);
1472                         goto done;
1473                 }
1474         }
1475         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1476         if (m == NULL) {
1477                 VM_WAIT;
1478                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1479                         goto done;
1480                 goto retrylookup;
1481         }
1482 done:
1483         splx(s);
1484         return(m);
1485 }
1486
1487 /*
1488  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1489  * a page.  May not block.
1490  *
1491  * Inputs are required to range within a page.
1492  */
1493
1494 __inline int
1495 vm_page_bits(int base, int size)
1496 {
1497         int first_bit;
1498         int last_bit;
1499
1500         KASSERT(
1501             base + size <= PAGE_SIZE,
1502             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1503         );
1504
1505         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1506                 return(0);
1507
1508         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1509         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1510
1511         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1512 }
1513
1514 /*
1515  *      vm_page_set_validclean:
1516  *
1517  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1518  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1519  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1520  *      such chunks will be zero'd.
1521  *
1522  *      This routine may not block.
1523  *
1524  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1525  */
1526 void
1527 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1528 {
1529         int pagebits;
1530         int frag;
1531         int endoff;
1532
1533         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1534                 return;
1535
1536         /*
1537          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1538          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1539          * first block.
1540          */
1541
1542         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1543             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
1544         ) {
1545                 pmap_zero_page_area(
1546                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1547                     frag,
1548                     base - frag
1549                 );
1550         }
1551
1552         /*
1553          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1554          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1555          * the last block.
1556          */
1557
1558         endoff = base + size;
1559
1560         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1561             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
1562         ) {
1563                 pmap_zero_page_area(
1564                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
1565                     endoff,
1566                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
1567                 );
1568         }
1569
1570         /*
1571          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1572          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1573          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1574          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1575          * be set again.
1576          *
1577          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1578          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1579          * the range.
1580          */
1581
1582         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1583         m->valid |= pagebits;
1584 #if 0   /* NOT YET */
1585         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1586                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1587                 base += frag;
1588                 size -= frag;
1589                 if (size < 0)
1590                     size = 0;
1591         }
1592         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1593 #endif
1594         m->dirty &= ~pagebits;
1595         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1596                 pmap_clear_modify(m);
1597                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1598         }
1599 }
1600
1601 #if 0
1602
1603 void
1604 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1605 {
1606         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1607 }
1608
1609 #endif
1610
1611 void
1612 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1613 {
1614         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1615 }
1616
1617 /*
1618  *      vm_page_set_invalid:
1619  *
1620  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1621  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1622  *
1623  *      May not block.
1624  */
1625 void
1626 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1627 {
1628         int bits;
1629
1630         bits = vm_page_bits(base, size);
1631         m->valid &= ~bits;
1632         m->dirty &= ~bits;
1633         m->object->generation++;
1634 }
1635
1636 /*
1637  * vm_page_zero_invalid()
1638  *
1639  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1640  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1641  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1642  *      page so user code sees what it expects.
1643  *
1644  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1645  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1646  */
1647
1648 void
1649 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1650 {
1651         int b;
1652         int i;
1653
1654         /*
1655          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1656          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1657          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1658          * vm_page_set_validclean().
1659          */
1660
1661         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1662                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1663                     (m->valid & (1 << i))
1664                 ) {
1665                         if (i > b) {
1666                                 pmap_zero_page_area(
1667                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
1668                                     b << DEV_BSHIFT,
1669                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
1670                                 );
1671                         }
1672                         b = i + 1;
1673                 }
1674         }
1675
1676         /*
1677          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1678          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
1679          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1680          */
1681
1682         if (setvalid)
1683                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1684 }
1685
1686 /*
1687  *      vm_page_is_valid:
1688  *
1689  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1690  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1691  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1692  *
1693  *      May not block.
1694  */
1695
1696 int
1697 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1698 {
1699         int bits = vm_page_bits(base, size);
1700
1701         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1702                 return 1;
1703         else
1704                 return 0;
1705 }
1706
1707 /*
1708  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1709  */
1710
1711 void
1712 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1713 {
1714         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1715                 vm_page_dirty(m);
1716         }
1717 }
1718
1719 #include "opt_ddb.h"
1720 #ifdef DDB
1721 #include <sys/kernel.h>
1722
1723 #include <ddb/ddb.h>
1724
1725 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1726 {
1727         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
1728         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1729         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
1730         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
1731         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
1732         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
1733         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
1734         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
1735         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
1736         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
1737 }
1738
1739 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1740 {
1741         int i;
1742         db_printf("PQ_FREE:");
1743         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1744                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1745         }
1746         db_printf("\n");
1747                 
1748         db_printf("PQ_CACHE:");
1749         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
1750                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1751         }
1752         db_printf("\n");
1753
1754         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1755                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1756                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1757 }
1758 #endif /* DDB */