kernel - Simplify umtx_sleep and umtx_wakeup support
[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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
33  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
34  */
35
36 /*
37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
38  * All rights reserved.
39  *
40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  */
62 /*
63  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
64  * A VM page is the core building block for memory management.
65  */
66
67 #include <sys/param.h>
68 #include <sys/systm.h>
69 #include <sys/malloc.h>
70 #include <sys/proc.h>
71 #include <sys/vmmeter.h>
72 #include <sys/vnode.h>
73 #include <sys/kernel.h>
74 #include <sys/alist.h>
75 #include <sys/sysctl.h>
76 #include <sys/cpu_topology.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_param.h>
80 #include <sys/lock.h>
81 #include <vm/vm_kern.h>
82 #include <vm/pmap.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_pager.h>
88 #include <vm/vm_extern.h>
89 #include <vm/swap_pager.h>
90
91 #include <machine/inttypes.h>
92 #include <machine/md_var.h>
93 #include <machine/specialreg.h>
94
95 #include <vm/vm_page2.h>
96 #include <sys/spinlock2.h>
97
98 /*
99  * SET - Minimum required set associative size, must be a power of 2.  We
100  *       want this to match or exceed the set-associativeness of the cpu.
101  *
102  * GRP - A larger set that allows bleed-over into the domains of other
103  *       nearby cpus.  Also must be a power of 2.  Used by the page zeroing
104  *       code to smooth things out a bit.
105  */
106 #define PQ_SET_ASSOC            16
107 #define PQ_SET_ASSOC_MASK       (PQ_SET_ASSOC - 1)
108
109 #define PQ_GRP_ASSOC            (PQ_SET_ASSOC * 2)
110 #define PQ_GRP_ASSOC_MASK       (PQ_GRP_ASSOC - 1)
111
112 static void vm_page_queue_init(void);
113 static void vm_page_free_wakeup(void);
114 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
115 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
116 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
117
118 /*
119  * Array of tailq lists
120  */
121 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
122
123 static volatile int vm_pages_waiting;
124 static struct alist vm_contig_alist;
125 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
126 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin, "vm_contig_spin");
127
128 static u_long vm_dma_reserved = 0;
129 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
130 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
131             "Memory reserved for DMA");
132 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
133             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
134
135 static int vm_contig_verbose = 0;
136 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
137
138 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
139              vm_pindex_t, pindex);
140
141 static void
142 vm_page_queue_init(void) 
143 {
144         int i;
145
146         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
147                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt_offset =
148                         offsetof(struct vmstats, v_free_count);
149         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
150                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt_offset =
151                         offsetof(struct vmstats, v_cache_count);
152         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
153                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt_offset =
154                         offsetof(struct vmstats, v_inactive_count);
155         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
156                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt_offset =
157                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
158         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
159                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt_offset =
160                         offsetof(struct vmstats, v_active_count);
161         /* PQ_NONE has no queue */
162
163         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
164                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
165                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin, "vm_page_queue_init");
166         }
167 }
168
169 /*
170  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
171  */
172 long first_page = 0;
173 int vm_page_array_size = 0;
174 vm_page_t vm_page_array = NULL;
175 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
176
177 /*
178  * (low level boot)
179  *
180  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
181  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
182  */
183 void
184 vm_set_page_size(void)
185 {
186         if (vmstats.v_page_size == 0)
187                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
188         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
189                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
190 }
191
192 /*
193  * (low level boot)
194  *
195  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
196  * are added to both the head and tail of the associated free page
197  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
198  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
199  *
200  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
201  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
202  *
203  * Must be called in a critical section.
204  */
205 static void
206 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
207 {
208         struct vpgqueues *vpq;
209         vm_page_t m;
210
211         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
212         m->phys_addr = pa;
213         m->flags = 0;
214         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
215         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT);
216
217         /*
218          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
219          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
220          */
221         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE);
222         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE));
223         m->pc &= PQ_L2_MASK;
224
225         /*
226          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
227          * contigmalloc() to use.
228          */
229         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
230                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
231                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
232                 m->queue = PQ_NONE;
233                 m->wire_count = 1;
234                 atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
235                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
236                 return;
237         }
238
239         /*
240          * General page
241          */
242         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
243         KKASSERT(m->dirty == 0);
244
245         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
246         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
247         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
248         TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
249         ++vpq->lcnt;
250 }
251
252 /*
253  * (low level boot)
254  *
255  * Initializes the resident memory module.
256  *
257  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
258  * kernel_map becoming available.
259  *
260  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
261  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
262  *
263  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
264  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
265  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
266  */
267 void
268 vm_page_startup(void)
269 {
270         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
271         vm_offset_t mapped;
272         vm_size_t npages;
273         vm_paddr_t page_range;
274         vm_paddr_t new_end;
275         int i;
276         vm_paddr_t pa;
277         vm_paddr_t last_pa;
278         vm_paddr_t end;
279         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
280         vm_paddr_t total;
281         vm_page_t m;
282
283         total = 0;
284         biggestsize = 0;
285         biggestone = 0;
286         vaddr = round_page(vaddr);
287
288         /*
289          * Make sure ranges are page-aligned.
290          */
291         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
292                 phys_avail[i].phys_beg = round_page64(phys_avail[i].phys_beg);
293                 phys_avail[i].phys_end = trunc_page64(phys_avail[i].phys_end);
294                 if (phys_avail[i].phys_end < phys_avail[i].phys_beg)
295                         phys_avail[i].phys_end = phys_avail[i].phys_beg;
296         }
297
298         /*
299          * Locate largest block
300          */
301         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
302                 vm_paddr_t size = phys_avail[i].phys_end -
303                                   phys_avail[i].phys_beg;
304
305                 if (size > biggestsize) {
306                         biggestone = i;
307                         biggestsize = size;
308                 }
309                 total += size;
310         }
311         --i;    /* adjust to last entry for use down below */
312
313         end = phys_avail[biggestone].phys_end;
314         end = trunc_page(end);
315
316         /*
317          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
318          * and the inactive queue.
319          */
320         vm_page_queue_init();
321
322 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
323         /*
324          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
325          * vm_page_dump
326          *
327          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
328          * needs to be included in a minidump.
329          *
330          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
331          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
332          *
333          * However, i386 still needs this workspace internally within the
334          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
335          * included should the sf_buf code decide to use them.
336          */
337         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE;
338         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
339         end -= vm_page_dump_size;
340         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
341                                         VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
342         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
343 #endif
344         /*
345          * Compute the number of pages of memory that will be available for
346          * use (taking into account the overhead of a page structure per
347          * page).
348          */
349         first_page = phys_avail[0].phys_beg / PAGE_SIZE;
350         page_range = phys_avail[i].phys_end / PAGE_SIZE - first_page;
351         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
352
353 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
354         /*
355          * (only applies to real kernels)
356          *
357          * Reserve a large amount of low memory for potential 32-bit DMA
358          * space allocations.  Once device initialization is complete we
359          * release most of it, but keep (vm_dma_reserved) memory reserved
360          * for later use.  Typically for X / graphics.  Through trial and
361          * error we find that GPUs usually requires ~60-100MB or so.
362          *
363          * By default, 128M is left in reserve on machines with 2G+ of ram.
364          */
365         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
366         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
367                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
368         if (vm_dma_reserved == 0) {
369                 vm_dma_reserved = 128 * 1024 * 1024;    /* 128MB */
370                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
371                         vm_dma_reserved = total / 16;
372         }
373 #endif
374         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
375                    ALIST_RECORDS_65536);
376
377         /*
378          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
379          * queue.
380          */
381         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
382         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
383         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
384
385 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
386         /*
387          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
388          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
389          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
390          */
391         for (pa = new_end;
392              pa < phys_avail[biggestone].phys_end;
393              pa += PAGE_SIZE) {
394                 dump_add_page(pa);
395         }
396 #endif
397
398         /*
399          * Clear all of the page structures, run basic initialization so
400          * PHYS_TO_VM_PAGE() operates properly even on pages not in the
401          * map.
402          */
403         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
404         vm_page_array_size = page_range;
405
406         m = &vm_page_array[0];
407         pa = ptoa(first_page);
408         for (i = 0; i < page_range; ++i) {
409                 spin_init(&m->spin, "vm_page");
410                 m->phys_addr = pa;
411                 pa += PAGE_SIZE;
412                 ++m;
413         }
414
415         /*
416          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
417          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
418          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
419          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
420          */
421         vmstats.v_page_count = 0;
422         vmstats.v_free_count = 0;
423         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end && npages > 0; ++i) {
424                 pa = phys_avail[i].phys_beg;
425                 if (i == biggestone)
426                         last_pa = new_end;
427                 else
428                         last_pa = phys_avail[i].phys_end;
429                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
430                         vm_add_new_page(pa);
431                         pa += PAGE_SIZE;
432                 }
433         }
434         if (virtual2_start)
435                 virtual2_start = vaddr;
436         else
437                 virtual_start = vaddr;
438         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
439 }
440
441 /*
442  * Reorganize VM pages based on numa data.  May be called as many times as
443  * necessary.  Will reorganize the vm_page_t page color and related queue(s)
444  * to allow vm_page_alloc() to choose pages based on socket affinity.
445  *
446  * NOTE: This function is only called while we are still in UP mode, so
447  *       we only need a critical section to protect the queues (which
448  *       saves a lot of time, there are likely a ton of pages).
449  */
450 void
451 vm_numa_organize(vm_paddr_t ran_beg, vm_paddr_t bytes, int physid)
452 {
453         vm_paddr_t scan_beg;
454         vm_paddr_t scan_end;
455         vm_paddr_t ran_end;
456         struct vpgqueues *vpq;
457         vm_page_t m;
458         vm_page_t mend;
459         int i;
460         int socket_mod;
461         int socket_value;
462
463         /*
464          * Check if no physical information, or there was only one socket
465          * (so don't waste time doing nothing!).
466          */
467         if (cpu_topology_phys_ids <= 1 ||
468             cpu_topology_core_ids == 0) {
469                 return;
470         }
471
472         /*
473          * Setup for our iteration.  Note that ACPI may iterate CPU
474          * sockets starting at 0 or 1 or some other number.  The
475          * cpu_topology code mod's it against the socket count.
476          */
477         ran_end = ran_beg + bytes;
478         physid %= cpu_topology_phys_ids;
479
480         socket_mod = PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
481         socket_value = physid * socket_mod;
482         mend = &vm_page_array[vm_page_array_size];
483
484         crit_enter();
485
486         /*
487          * Adjust vm_page->pc and requeue all affected pages.  The
488          * allocator will then be able to localize memory allocations
489          * to some degree.
490          */
491         for (i = 0; phys_avail[i].phys_end; ++i) {
492                 scan_beg = phys_avail[i].phys_beg;
493                 scan_end = phys_avail[i].phys_end;
494                 if (scan_end <= ran_beg)
495                         continue;
496                 if (scan_beg >= ran_end)
497                         continue;
498                 if (scan_beg < ran_beg)
499                         scan_beg = ran_beg;
500                 if (scan_end > ran_end)
501                         scan_end = ran_end;
502                 if (atop(scan_end) > first_page + vm_page_array_size)
503                         scan_end = ptoa(first_page + vm_page_array_size);
504
505                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(scan_beg);
506                 while (scan_beg < scan_end) {
507                         KKASSERT(m < mend);
508                         if (m->queue != PQ_NONE) {
509                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
510                                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
511                                 --vpq->lcnt;
512                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
513                                 m->queue -= m->pc;
514                                 m->pc %= socket_mod;
515                                 m->pc += socket_value;
516                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
517                                 m->queue += m->pc;
518                                 vpq = &vm_page_queues[m->queue];
519                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
520                                 ++vpq->lcnt;
521                                 /* queue doesn't change, no need to adj cnt */
522                         } else {
523                                 m->pc %= socket_mod;
524                                 m->pc += socket_value;
525                                 m->pc &= PQ_L2_MASK;
526                         }
527                         scan_beg += PAGE_SIZE;
528                         ++m;
529                 }
530         }
531         crit_exit();
532 }
533
534 /*
535  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
536  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
537  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
538  * allocations.
539  *
540  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
541  */
542 static void
543 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
544 {
545         alist_blk_t blk;
546         alist_blk_t rblk;
547         alist_blk_t count;
548         alist_blk_t xcount;
549         alist_blk_t bfree;
550         vm_page_t m;
551
552         spin_lock(&vm_contig_spin);
553         for (;;) {
554                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
555                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
556                         break;
557                 if (count == 0)
558                         break;
559
560                 /*
561                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
562                  * free in order to reach our target.
563                  */
564                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
565                 if (count > bfree) {
566                         blk += count - bfree;
567                         count = bfree;
568                 }
569
570                 /*
571                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
572                  */
573                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
574                         ;
575                 xcount >>= 1;
576                 blk += count - xcount;
577                 count = xcount;
578
579                 /*
580                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
581                  * the normal VM page queues.
582                  *
583                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
584                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
585                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
586                  * confusion.
587                  */
588                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
589                 if (rblk != blk) {
590                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
591                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
592                                 blk, count, rblk);
593                         break;
594                 }
595                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
596                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
597
598                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
599                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
600                 while (count) {
601                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
602                         vm_page_unwire(m, 0);
603                         vm_page_free(m);
604                         --count;
605                         ++m;
606                 }
607                 spin_lock(&vm_contig_spin);
608         }
609         spin_unlock(&vm_contig_spin);
610
611         /*
612          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
613          * how much is left over.
614          */
615         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
616                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
617                 (PAGE_SIZE / 1024),
618                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
619 }
620 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
621         vm_page_startup_finish, NULL);
622
623
624 /*
625  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
626  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
627  */
628 int
629 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
630 {
631         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
632
633         if (p->pindex < info->start_pindex)
634                 return(-1);
635         if (p->pindex > info->end_pindex)
636                 return(1);
637         return(0);
638 }
639
640 int
641 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
642 {
643         if (p1->pindex < p2->pindex)
644                 return(-1);
645         if (p1->pindex > p2->pindex)
646                 return(1);
647         return(0);
648 }
649
650 void
651 vm_page_init(vm_page_t m)
652 {
653         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
654 }
655
656 /*
657  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
658  * allocating and freeing pages at least.
659  *
660  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
661  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
662  * unless both the page and queue are locked.
663  */
664 static __inline
665 void
666 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
667 {
668         u_short queue;
669
670         queue = m->queue;
671         if (queue != PQ_NONE) {
672                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
673                 KKASSERT(queue == m->queue);
674         }
675 }
676
677 static __inline
678 void
679 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
680 {
681         u_short queue;
682
683         queue = m->queue;
684         cpu_ccfence();
685         if (queue != PQ_NONE)
686                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
687 }
688
689 static __inline
690 void
691 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
692 {
693         cpu_ccfence();
694         if (queue != PQ_NONE)
695                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
696 }
697
698
699 static __inline
700 void
701 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
702 {
703         cpu_ccfence();
704         if (queue != PQ_NONE)
705                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
706 }
707
708 void
709 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
710 {
711         _vm_page_queue_spin_lock(m);
712 }
713
714 void
715 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
716 {
717         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
718 }
719
720 void
721 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
722 {
723         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
724 }
725
726 void
727 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
728 {
729         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
730 }
731
732 /*
733  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
734  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
735  * recheck on return.
736  */
737 static __inline
738 void
739 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
740 {
741         vm_page_spin_lock(m);
742         _vm_page_queue_spin_lock(m);
743 }
744
745 static __inline
746 void
747 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
748 {
749         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
750         vm_page_spin_unlock(m);
751 }
752
753 void
754 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
755 {
756         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
757 }
758
759 void
760 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
761 {
762         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
763 }
764
765 /*
766  * Helper function removes vm_page from its current queue.
767  * Returns the base queue the page used to be on.
768  *
769  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
770  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
771  */
772 static __inline u_short
773 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
774 {
775         struct vpgqueues *pq;
776         u_short queue;
777         u_short oqueue;
778         int *cnt;
779
780         queue = m->queue;
781         if (queue != PQ_NONE) {
782                 pq = &vm_page_queues[queue];
783                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
784
785                 /*
786                  * Adjust our pcpu stats.  In order for the nominal low-memory
787                  * algorithms to work properly we don't let any pcpu stat get
788                  * too negative before we force it to be rolled-up into the
789                  * global stats.  Otherwise our pageout and vm_wait tests
790                  * will fail badly.
791                  *
792                  * The idea here is to reduce unnecessary SMP cache
793                  * mastership changes in the global vmstats, which can be
794                  * particularly bad in multi-socket systems.
795                  */
796                 cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
797                 atomic_add_int(cnt, -1);
798                 if (*cnt < -VMMETER_SLOP_COUNT) {
799                         u_int copy = atomic_swap_int(cnt, 0);
800                         cnt = (int *)((char *)&vmstats + pq->cnt_offset);
801                         atomic_add_int(cnt, copy);
802                         cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats +
803                                       pq->cnt_offset);
804                         atomic_add_int(cnt, copy);
805                 }
806                 pq->lcnt--;
807                 m->queue = PQ_NONE;
808                 oqueue = queue;
809                 queue -= m->pc;
810                 vm_page_queues_spin_unlock(oqueue);     /* intended */
811         }
812         return queue;
813 }
814
815 /*
816  * Helper function places the vm_page on the specified queue.  Generally
817  * speaking only PQ_FREE pages are placed at the head, to allow them to
818  * be allocated sooner rather than later on the assumption that they
819  * are cache-hot.
820  *
821  * The vm_page must be spinlocked.
822  * This function will return with both the page and the queue locked.
823  */
824 static __inline void
825 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
826 {
827         struct vpgqueues *pq;
828         u_int *cnt;
829
830         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
831
832         if (queue != PQ_NONE) {
833                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
834                 pq = &vm_page_queues[queue];
835                 ++pq->lcnt;
836
837                 /*
838                  * Adjust our pcpu stats.  If a system entity really needs
839                  * to incorporate the count it will call vmstats_rollup()
840                  * to roll it all up into the global vmstats strufture.
841                  */
842                 cnt = (int *)((char *)&mycpu->gd_vmstats_adj + pq->cnt_offset);
843                 atomic_add_int(cnt, 1);
844
845                 /*
846                  * PQ_FREE is always handled LIFO style to try to provide
847                  * cache-hot pages to programs.
848                  */
849                 m->queue = queue;
850                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
851                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
852                 } else if (athead) {
853                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
854                 } else {
855                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
856                 }
857                 /* leave the queue spinlocked */
858         }
859 }
860
861 /*
862  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
863  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
864  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
865  *
866  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
867  * guaranteed to be available.
868  */
869 void
870 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
871 {
872         u_int32_t flags;
873
874         for (;;) {
875                 flags = m->flags;
876                 cpu_ccfence();
877
878                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
879                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
880                         break;
881                 }
882                 tsleep_interlock(m, 0);
883                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
884                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
885                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
886                         break;
887                 }
888         }
889 }
890
891 /*
892  * This calculates and returns a page color given an optional VM object and
893  * either a pindex or an iterator.  We attempt to return a cpu-localized
894  * pg_color that is still roughly 16-way set-associative.  The CPU topology
895  * is used if it was probed.
896  *
897  * The caller may use the returned value to index into e.g. PQ_FREE when
898  * allocating a page in order to nominally obtain pages that are hopefully
899  * already localized to the requesting cpu.  This function is not able to
900  * provide any sort of guarantee of this, but does its best to improve
901  * hardware cache management performance.
902  *
903  * WARNING! The caller must mask the returned value with PQ_L2_MASK.
904  */
905 u_short
906 vm_get_pg_color(int cpuid, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
907 {
908         u_short pg_color;
909         int phys_id;
910         int core_id;
911         int object_pg_color;
912
913         phys_id = get_cpu_phys_id(cpuid);
914         core_id = get_cpu_core_id(cpuid);
915         object_pg_color = object ? object->pg_color : 0;
916
917         if (cpu_topology_phys_ids && cpu_topology_core_ids) {
918                 int grpsize;
919
920                 /*
921                  * Break us down by socket and cpu
922                  */
923                 pg_color = phys_id * PQ_L2_SIZE / cpu_topology_phys_ids;
924                 pg_color += core_id * PQ_L2_SIZE /
925                             (cpu_topology_core_ids * cpu_topology_phys_ids);
926
927                 /*
928                  * Calculate remaining component for object/queue color
929                  */
930                 grpsize = PQ_L2_SIZE / (cpu_topology_core_ids *
931                                         cpu_topology_phys_ids);
932                 if (grpsize >= 8) {
933                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
934                 } else {
935                         if (grpsize <= 2) {
936                                 grpsize = 8;
937                         } else {
938                                 /* 3->9, 4->8, 5->10, 6->12, 7->14 */
939                                 grpsize += grpsize;
940                                 if (grpsize < 8)
941                                         grpsize += grpsize;
942                         }
943                         pg_color += (pindex + object_pg_color) % grpsize;
944                 }
945         } else {
946                 /*
947                  * Unknown topology, distribute things evenly.
948                  */
949                 pg_color = cpuid * PQ_L2_SIZE / ncpus;
950                 pg_color += pindex + object_pg_color;
951         }
952         return (pg_color & PQ_L2_MASK);
953 }
954
955 /*
956  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
957  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
958  */
959 void
960 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
961                                      int also_m_busy, const char *msg
962                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
963 {
964         u_int32_t flags;
965
966         for (;;) {
967                 flags = m->flags;
968                 cpu_ccfence();
969                 if (flags & PG_BUSY) {
970                         tsleep_interlock(m, 0);
971                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
972                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
973                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
974                         }
975                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
976                         tsleep_interlock(m, 0);
977                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
978                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
979                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
980                         }
981                 } else {
982                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
983                                               flags | PG_BUSY)) {
984 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
985                                 m->busy_func = func;
986                                 m->busy_line = lineno;
987 #endif
988                                 break;
989                         }
990                 }
991         }
992 }
993
994 /*
995  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
996  * is also 0.
997  *
998  * Returns non-zero on failure.
999  */
1000 int
1001 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
1002                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1003 {
1004         u_int32_t flags;
1005
1006         for (;;) {
1007                 flags = m->flags;
1008                 cpu_ccfence();
1009                 if (flags & PG_BUSY)
1010                         return TRUE;
1011                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
1012                         return TRUE;
1013                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1014 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1015                                 m->busy_func = func;
1016                                 m->busy_line = lineno;
1017 #endif
1018                         return FALSE;
1019                 }
1020         }
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
1025  * that a wakeup() should be performed.
1026  *
1027  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
1028  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
1029  *
1030  * (inline version)
1031  */
1032 static __inline
1033 int
1034 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1035 {
1036         u_int32_t flags;
1037
1038         for (;;) {
1039                 flags = m->flags;
1040                 cpu_ccfence();
1041                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1042                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
1043                         break;
1044                 }
1045         }
1046         return(flags & PG_WANTED);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
1051  * is typically the last call you make on a page before moving onto
1052  * other things.
1053  */
1054 void
1055 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
1056 {
1057         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
1058         vm_page_spin_lock(m);
1059         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1060                 vm_page_spin_unlock(m);
1061                 wakeup(m);
1062         } else {
1063                 vm_page_spin_unlock(m);
1064         }
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
1069  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
1070  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
1071  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
1072  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
1073  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
1074  * page from being disassociated from its object too).
1075  *
1076  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
1077  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
1078  * before manipulating the page.
1079  *
1080  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
1081  */
1082 void
1083 vm_page_hold(vm_page_t m)
1084 {
1085         vm_page_spin_lock(m);
1086         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
1087         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
1088                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1089                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1090                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1091                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1092         }
1093         vm_page_spin_unlock(m);
1094 }
1095
1096 /*
1097  * The opposite of vm_page_hold().  If the page is on the HOLD queue
1098  * it was freed while held and must be moved back to the FREE queue.
1099  */
1100 void
1101 vm_page_unhold(vm_page_t m)
1102 {
1103         KASSERT(m->hold_count > 0 && m->queue - m->pc != PQ_FREE,
1104                 ("vm_page_unhold: pg %p illegal hold_count (%d) or on FREE queue (%d)",
1105                  m, m->hold_count, m->queue - m->pc));
1106         vm_page_spin_lock(m);
1107         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
1108         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
1109                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1110                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1111                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
1112                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1113         }
1114         vm_page_spin_unlock(m);
1115 }
1116
1117 /*
1118  *      vm_page_getfake:
1119  *
1120  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1121  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1122  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1123  */
1124
1125 void
1126 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1127 {
1128
1129         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1130                 /*
1131                  * The page's memattr might have changed since the
1132                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1133                  * new memattr.
1134                  */
1135                 goto memattr;
1136         }
1137         m->phys_addr = paddr;
1138         m->queue = PQ_NONE;
1139         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1140         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1141         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED | PG_BUSY;
1142         m->wire_count = 1;
1143         spin_init(&m->spin, "fake_page");
1144         pmap_page_init(m);
1145 memattr:
1146         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1147 }
1148
1149 /*
1150  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
1151  *
1152  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
1153  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
1154  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
1155  * here so we *can't* do this anyway.
1156  *
1157  * This routine may not block.
1158  * This routine must be called with the vm_object held.
1159  * This routine must be called with a critical section held.
1160  *
1161  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
1162  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
1163  */
1164 int
1165 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1166 {
1167         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
1168         if (m->object != NULL)
1169                 panic("vm_page_insert: already inserted");
1170
1171         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1172
1173         /*
1174          * Record the object/offset pair in this page and add the
1175          * pv_list_count of the page to the object.
1176          *
1177          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1178          */
1179         vm_page_spin_lock(m);
1180         m->object = object;
1181         m->pindex = pindex;
1182         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
1183                 m->object = NULL;
1184                 m->pindex = 0;
1185                 vm_page_spin_unlock(m);
1186                 return FALSE;
1187         }
1188         ++object->resident_page_count;
1189         ++mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1190         vm_page_spin_unlock(m);
1191
1192         /*
1193          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1194          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
1195          */
1196         if ((m->valid & m->dirty) ||
1197             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
1198                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1199
1200         /*
1201          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
1202          */
1203         swap_pager_page_inserted(m);
1204         return TRUE;
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
1209  *
1210  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
1211  * This routine may not block.
1212  *
1213  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1214  * No other requirements.
1215  *
1216  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1217  *       it busy.
1218  */
1219 void
1220 vm_page_remove(vm_page_t m)
1221 {
1222         vm_object_t object;
1223
1224         if (m->object == NULL) {
1225                 return;
1226         }
1227
1228         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
1229                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1230
1231         object = m->object;
1232
1233         vm_object_hold(object);
1234
1235         /*
1236          * Remove the page from the object and update the object.
1237          *
1238          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1239          */
1240         vm_page_spin_lock(m);
1241         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1242         --object->resident_page_count;
1243         --mycpu->gd_vmtotal.t_rm;
1244         m->object = NULL;
1245         atomic_add_int(&object->generation, 1);
1246         vm_page_spin_unlock(m);
1247
1248         vm_object_drop(object);
1249 }
1250
1251 /*
1252  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1253  * page could not be found.
1254  *
1255  * The caller must hold the vm_object token.
1256  */
1257 vm_page_t
1258 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1259 {
1260         vm_page_t m;
1261
1262         /*
1263          * Search the hash table for this object/offset pair
1264          */
1265         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1266         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1267         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1268         return(m);
1269 }
1270
1271 vm_page_t
1272 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1273                                             vm_pindex_t pindex,
1274                                             int also_m_busy, const char *msg
1275                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1276 {
1277         u_int32_t flags;
1278         vm_page_t m;
1279
1280         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1281         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1282         while (m) {
1283                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1284                 flags = m->flags;
1285                 cpu_ccfence();
1286                 if (flags & PG_BUSY) {
1287                         tsleep_interlock(m, 0);
1288                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1289                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1290                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1291                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1292                                                               pindex);
1293                         }
1294                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1295                         tsleep_interlock(m, 0);
1296                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1297                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1298                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1299                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1300                                                               pindex);
1301                         }
1302                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1303                                              flags | PG_BUSY)) {
1304 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1305                         m->busy_func = func;
1306                         m->busy_line = lineno;
1307 #endif
1308                         break;
1309                 }
1310         }
1311         return m;
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Attempt to lookup and busy a page.
1316  *
1317  * Returns NULL if the page could not be found
1318  *
1319  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1320  * be busied.
1321  *
1322  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1323  */
1324 vm_page_t
1325 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1326                                            vm_pindex_t pindex,
1327                                            int also_m_busy, int *errorp
1328                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1329 {
1330         u_int32_t flags;
1331         vm_page_t m;
1332
1333         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1334         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1335         *errorp = FALSE;
1336         while (m) {
1337                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1338                 flags = m->flags;
1339                 cpu_ccfence();
1340                 if (flags & PG_BUSY) {
1341                         *errorp = TRUE;
1342                         break;
1343                 }
1344                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1345                         *errorp = TRUE;
1346                         break;
1347                 }
1348                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1349 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1350                         m->busy_func = func;
1351                         m->busy_line = lineno;
1352 #endif
1353                         break;
1354                 }
1355         }
1356         return m;
1357 }
1358
1359 /*
1360  * Attempt to repurpose the passed-in page.  If the passed-in page cannot
1361  * be repurposed it will be released, *must_reenter will be set to 1, and
1362  * this function will fall-through to vm_page_lookup_busy_try().
1363  *
1364  * The passed-in page must be wired and not busy.  The returned page will
1365  * be busied and not wired.
1366  *
1367  * A different page may be returned.  The returned page will be busied and
1368  * not wired.
1369  *
1370  * NULL can be returned.  If so, the required page could not be busied.
1371  * The passed-in page will be unwired.
1372  */
1373 vm_page_t
1374 vm_page_repurpose(struct vm_object *object, vm_pindex_t pindex,
1375                   int also_m_busy, int *errorp, vm_page_t m,
1376                   int *must_reenter, int *iswired)
1377 {
1378         if (m) {
1379                 /*
1380                  * Do not mess with pages in a complex state, such as pages
1381                  * which are mapped, as repurposing such pages can be more
1382                  * expensive than simply allocatin a new one.
1383                  *
1384                  * NOTE: Soft-busying can deadlock against putpages or I/O
1385                  *       so we only allow hard-busying here.
1386                  */
1387                 KKASSERT(also_m_busy == FALSE);
1388                 vm_page_busy_wait(m, also_m_busy, "biodep");
1389
1390                 if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED |
1391                                  PG_FICTITIOUS | PG_SBUSY)) ||
1392                     m->busy || m->wire_count != 1 || m->hold_count) {
1393                         vm_page_unwire(m, 0);
1394                         vm_page_wakeup(m);
1395                         /* fall through to normal lookup */
1396                 } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
1397                         vm_page_unwire(m, 0);
1398                         vm_page_deactivate(m);
1399                         vm_page_wakeup(m);
1400                         /* fall through to normal lookup */
1401                 } else {
1402                         /*
1403                          * We can safely repurpose the page.  It should
1404                          * already be unqueued.
1405                          */
1406                         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE && m->dirty == 0);
1407                         vm_page_remove(m);
1408                         m->valid = 0;
1409                         m->act_count = 0;
1410                         if (vm_page_insert(m, object, pindex)) {
1411                                 *errorp = 0;
1412                                 *iswired = 1;
1413
1414                                 return m;
1415                         }
1416                         vm_page_unwire(m, 0);
1417                         vm_page_free(m);
1418                         /* fall through to normal lookup */
1419                 }
1420         }
1421
1422         /*
1423          * Cannot repurpose page, attempt to locate the desired page.  May
1424          * return NULL.
1425          */
1426         *must_reenter = 1;
1427         *iswired = 0;
1428         m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, also_m_busy, errorp);
1429
1430         return m;
1431 }
1432
1433 /*
1434  * Caller must hold the related vm_object
1435  */
1436 vm_page_t
1437 vm_page_next(vm_page_t m)
1438 {
1439         vm_page_t next;
1440
1441         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1442         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1443                 next = NULL;
1444         return (next);
1445 }
1446
1447 /*
1448  * vm_page_rename()
1449  *
1450  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1451  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1452  * on return.
1453  *
1454  * new_object must be held.
1455  * This routine might block. XXX ?
1456  *
1457  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1458  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1459  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1460  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1461  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1462  *
1463  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1464  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1465  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1466  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1467  *       on the cache.
1468  */
1469 void
1470 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1471 {
1472         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1473         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1474         if (m->object) {
1475                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1476                 vm_page_remove(m);
1477         }
1478         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1479                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1480                       new_object, new_pindex);
1481         }
1482         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1483                 vm_page_deactivate(m);
1484         vm_page_dirty(m);
1485 }
1486
1487 /*
1488  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1489  * is to remain BUSYied by the caller.
1490  *
1491  * This routine may not block.
1492  */
1493 void
1494 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1495 {
1496         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1497         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1498         vm_page_spin_unlock(m);
1499 }
1500
1501 /*
1502  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1503  * if necessary.
1504  *
1505  * This routine may not block.
1506  */
1507 void
1508 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1509 {
1510         u_short queue;
1511
1512         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1513         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1514         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1515                 vm_page_spin_unlock(m);
1516                 pagedaemon_wakeup();
1517         } else {
1518                 vm_page_spin_unlock(m);
1519         }
1520 }
1521
1522 /*
1523  * vm_page_list_find()
1524  *
1525  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1526  *
1527  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1528  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1529  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1530  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1531  *
1532  * The page coloring optimization also, very importantly, tries to localize
1533  * memory to cpus and physical sockets.
1534  *
1535  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1536  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1537  * This is done by 'twisting' the colors.
1538  *
1539  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1540  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1541  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1542  * deactivating the page and looping).
1543  *
1544  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1545  *        is available for outside callers but the only critical path is
1546  *        from within this source file.
1547  *
1548  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1549  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1550  *        first, then queue.
1551  */
1552 static __inline
1553 vm_page_t
1554 _vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1555 {
1556         vm_page_t m;
1557
1558         for (;;) {
1559                 m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1560                 if (m == NULL) {
1561                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1562                         return(m);
1563                 }
1564                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1565                 if (m->queue == basequeue + index) {
1566                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1567                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1568                         break;
1569                 }
1570                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1571         }
1572         return(m);
1573 }
1574
1575 /*
1576  * If we could not find the page in the desired queue try to find it in
1577  * a nearby queue.
1578  */
1579 static vm_page_t
1580 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1581 {
1582         struct vpgqueues *pq;
1583         vm_page_t m = NULL;
1584         int pqmask = PQ_SET_ASSOC_MASK >> 1;
1585         int pqi;
1586         int i;
1587
1588         index &= PQ_L2_MASK;
1589         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1590
1591         /*
1592          * Run local sets of 16, 32, 64, 128, and the whole queue if all
1593          * else fails (PQ_L2_MASK which is 255).
1594          */
1595         do {
1596                 pqmask = (pqmask << 1) | 1;
1597                 for (i = 0; i <= pqmask; ++i) {
1598                         pqi = (index & ~pqmask) | ((index + i) & pqmask);
1599                         m = TAILQ_FIRST(&pq[pqi].pl);
1600                         if (m) {
1601                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1602                                 if (m->queue == basequeue + pqi) {
1603                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1604                                         return(m);
1605                                 }
1606                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1607                                 --i;
1608                                 continue;
1609                         }
1610                 }
1611         } while (pqmask != PQ_L2_MASK);
1612
1613         return(m);
1614 }
1615
1616 /*
1617  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1618  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1619  * deactivate it if it cannot be busied!)
1620  *
1621  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1622  */
1623 vm_page_t
1624 vm_page_list_find(int basequeue, int index)
1625 {
1626         return(_vm_page_list_find(basequeue, index));
1627 }
1628
1629 /*
1630  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1631  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1632  *
1633  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1634  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1635  *
1636  * This routine may not block.
1637  *
1638  */
1639 static vm_page_t
1640 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1641 {
1642         vm_page_t m;
1643
1644         for (;;) {
1645                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1646                 if (m == NULL)
1647                         break;
1648                 /*
1649                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1650                  */
1651                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1652                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1653                         vm_page_spin_unlock(m);
1654                 } else {
1655                         /*
1656                          * We successfully busied the page
1657                          */
1658                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1659                             m->hold_count == 0 &&
1660                             m->wire_count == 0 &&
1661                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1662                                 vm_page_spin_unlock(m);
1663                                 pagedaemon_wakeup();
1664                                 return(m);
1665                         }
1666
1667                         /*
1668                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1669                          */
1670                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1671                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1672                                 vm_page_spin_unlock(m);
1673                                 wakeup(m);
1674                         } else {
1675                                 vm_page_spin_unlock(m);
1676                         }
1677                 }
1678         }
1679         return (m);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * Find a free page.  We attempt to inline the nominal case and fall back
1684  * to _vm_page_select_free() otherwise.  A busied page is removed from
1685  * the queue and returned.
1686  *
1687  * This routine may not block.
1688  */
1689 static __inline vm_page_t
1690 vm_page_select_free(u_short pg_color)
1691 {
1692         vm_page_t m;
1693
1694         for (;;) {
1695                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK);
1696                 if (m == NULL)
1697                         break;
1698                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1699                         /*
1700                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1701                          * result in a busy page on the free queue.  We
1702                          * have to move the page out of the way so we can
1703                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1704                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1705                          * the pageout daemon will free the page later on.
1706                          *
1707                          * Since we could not busy the page, however, we
1708                          * cannot make assumptions as to whether the page
1709                          * will be allocated by the other thread or not,
1710                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1711                          * of the way.  In particular, if the other thread
1712                          * wires the page it may wind up on the inactive
1713                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1714                          * with that case too.
1715                          */
1716                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1717                         vm_page_spin_unlock(m);
1718                 } else {
1719                         /*
1720                          * Theoretically if we are able to busy the page
1721                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1722                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1723                          * page before us.
1724                          */
1725                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1726                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1727                         KASSERT(m->hold_count == 0, ("m->hold_count is not zero "
1728                                                      "pg %p q=%d flags=%08x hold=%d wire=%d",
1729                                                      m, m->queue, m->flags, m->hold_count, m->wire_count));
1730                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1731                         vm_page_spin_unlock(m);
1732                         pagedaemon_wakeup();
1733
1734                         /* return busied and removed page */
1735                         return(m);
1736                 }
1737         }
1738         return(m);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * vm_page_alloc()
1743  *
1744  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1745  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1746  *
1747  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1748  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1749  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1750  *
1751  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1752  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1753  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1754  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1755  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1756  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1757  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1758  *                              (see vm_page_grab())
1759  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1760  *
1761  *      VM_ALLOC_CPU(n)         allocate using specified cpu localization
1762  *
1763  * The object must be held if not NULL
1764  * This routine may not block
1765  *
1766  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1767  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1768  * in this case.
1769  */
1770 vm_page_t
1771 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1772 {
1773         globaldata_t gd;
1774         vm_object_t obj;
1775         vm_page_t m;
1776         u_short pg_color;
1777         int cpuid_local;
1778
1779 #if 0
1780         /*
1781          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1782          * and pre-zerod for us.
1783          */
1784         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1785                 crit_enter_gd(gd);
1786                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1787                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1788                         crit_exit_gd(gd);
1789                         goto done;
1790                 }
1791                 crit_exit_gd(gd);
1792         }
1793 #endif
1794         m = NULL;
1795
1796         /*
1797          * CPU LOCALIZATION
1798          *
1799          * CPU localization algorithm.  Break the page queues up by physical
1800          * id and core id (note that two cpu threads will have the same core
1801          * id, and core_id != gd_cpuid).
1802          *
1803          * This is nowhere near perfect, for example the last pindex in a
1804          * subgroup will overflow into the next cpu or package.  But this
1805          * should get us good page reuse locality in heavy mixed loads.
1806          *
1807          * (may be executed before the APs are started, so other GDs might
1808          *  not exist!)
1809          */
1810         if (page_req & VM_ALLOC_CPU_SPEC)
1811                 cpuid_local = VM_ALLOC_GETCPU(page_req);
1812         else
1813                 cpuid_local = mycpu->gd_cpuid;
1814
1815         pg_color = vm_get_pg_color(cpuid_local, object, pindex);
1816
1817         KKASSERT(page_req & 
1818                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1819                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1820
1821         /*
1822          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1823          * allowed to eat deeper into the free page list.
1824          */
1825         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1826                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1827
1828         /*
1829          * Impose various limitations.  Note that the v_free_reserved test
1830          * must match the opposite of vm_page_count_target() to avoid
1831          * livelocks, be careful.
1832          */
1833 loop:
1834         gd = mycpu;
1835         if (gd->gd_vmstats.v_free_count >= gd->gd_vmstats.v_free_reserved ||
1836             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) &&
1837              gd->gd_vmstats.v_free_count > 0) ||
1838             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) &&
1839              gd->gd_vmstats.v_cache_count == 0 &&
1840                 gd->gd_vmstats.v_free_count >
1841                 gd->gd_vmstats.v_interrupt_free_min)
1842         ) {
1843                 /*
1844                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1845                  */
1846                 m = vm_page_select_free(pg_color);
1847         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1848                 /*
1849                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1850                  * success, we must free the page and try again, thus
1851                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1852                  */
1853 #ifdef INVARIANTS
1854                 if (curthread->td_preempted) {
1855                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1856                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1857                         m = NULL;
1858                 } else {
1859                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1860                 }
1861 #else
1862                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1863 #endif
1864                 /*
1865                  * On success move the page into the free queue and loop.
1866                  *
1867                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1868                  * because this is effectively a random page and the caller
1869                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1870                  * deadlock.
1871                  */
1872                 if (m != NULL) {
1873                         KASSERT(m->dirty == 0,
1874                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1875                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1876                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1877                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1878                                         vm_page_free(m);
1879                                         /* m->object NULL here */
1880                                         vm_object_drop(obj);
1881                                 } else {
1882                                         vm_page_deactivate(m);
1883                                         vm_page_wakeup(m);
1884                                 }
1885                         } else {
1886                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1887                                 vm_page_free(m);
1888                         }
1889                         goto loop;
1890                 }
1891
1892                 /*
1893                  * On failure return NULL
1894                  */
1895                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
1896                 pagedaemon_wakeup();
1897                 return (NULL);
1898         } else {
1899                 /*
1900                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1901                  */
1902                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
1903                 pagedaemon_wakeup();
1904                 return (NULL);
1905         }
1906
1907         /*
1908          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1909          * page.
1910          */
1911         if (m == NULL) {
1912                 vmstats_rollup();
1913                 goto loop;
1914         }
1915
1916         /*
1917          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1918          * removed from its queues.
1919          */
1920         KASSERT(m->dirty == 0,
1921                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1922         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1923
1924 #if 0
1925 done:
1926 #endif
1927         /*
1928          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1929          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1930          */
1931         vm_page_flag_clear(m, ~PG_KEEP_NEWPAGE_MASK);
1932
1933         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1934         KKASSERT(m->busy == 0);
1935         m->act_count = 0;
1936         m->valid = 0;
1937
1938         /*
1939          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1940          * vm_page_insert()).
1941          *
1942          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1943          *       (which could cause us to block allocating memory).
1944          *
1945          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1946          *       can be used by the caller for any purpose.
1947          */
1948         if (object) {
1949                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1950                         vm_page_free(m);
1951                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1952                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
1953                                       object, (long)pindex, m);
1954                         m = NULL;
1955                 }
1956         } else {
1957                 m->pindex = pindex;
1958         }
1959
1960         /*
1961          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1962          * we would be nearly out of memory.
1963          */
1964         pagedaemon_wakeup();
1965
1966         /*
1967          * A PG_BUSY page is returned.
1968          */
1969         return (m);
1970 }
1971
1972 /*
1973  * Returns number of pages available in our DMA memory reserve
1974  * (adjusted with vm.dma_reserved=<value>m in /boot/loader.conf)
1975  */
1976 vm_size_t
1977 vm_contig_avail_pages(void)
1978 {
1979         alist_blk_t blk;
1980         alist_blk_t count;
1981         alist_blk_t bfree;
1982         spin_lock(&vm_contig_spin);
1983         bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
1984         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1985
1986         return bfree;
1987 }
1988
1989 /*
1990  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1991  * requirements.
1992  */
1993 vm_page_t
1994 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1995                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1996                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
1997 {
1998         alist_blk_t blk;
1999         vm_page_t m;
2000         int i;
2001
2002         alignment >>= PAGE_SHIFT;
2003         if (alignment == 0)
2004                 alignment = 1;
2005         boundary >>= PAGE_SHIFT;
2006         if (boundary == 0)
2007                 boundary = 1;
2008         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2009
2010         spin_lock(&vm_contig_spin);
2011         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
2012         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
2013                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2014                 if (bootverbose) {
2015                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
2016                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
2017                 }
2018                 return(NULL);
2019         }
2020         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
2021                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
2022                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2023                 if (bootverbose) {
2024                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
2025                                 "%016jx failed\n",
2026                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
2027                                 (intmax_t)high);
2028                 }
2029                 return(NULL);
2030         }
2031         spin_unlock(&vm_contig_spin);
2032         if (vm_contig_verbose) {
2033                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
2034                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
2035                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
2036         }
2037
2038         m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
2039         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2040                 for (i = 0;i < size;i++)
2041                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
2042         return m;
2043 }
2044
2045 /*
2046  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
2047  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
2048  */
2049 void
2050 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
2051 {
2052         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2053         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
2054         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
2055
2056         if (vm_contig_verbose) {
2057                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
2058                         (intmax_t)pa, size / 1024);
2059         }
2060         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
2061                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
2062                 spin_lock(&vm_contig_spin);
2063                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
2064                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
2065         } else {
2066                 while (pages) {
2067                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
2068                         vm_page_unwire(m, 0);
2069                         vm_page_free(m);
2070                         --pages;
2071                         ++m;
2072                 }
2073
2074         }
2075 }
2076
2077
2078 /*
2079  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
2080  * operations.
2081  *
2082  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
2083  *           will trivially deadlock the system.
2084  */
2085 void
2086 vm_wait_nominal(void)
2087 {
2088         while (vm_page_count_min(0))
2089                 vm_wait(0);
2090 }
2091
2092 /*
2093  * Test if vm_wait_nominal() would block.
2094  */
2095 int
2096 vm_test_nominal(void)
2097 {
2098         if (vm_page_count_min(0))
2099                 return(1);
2100         return(0);
2101 }
2102
2103 /*
2104  * Block until free pages are available for allocation, called in various
2105  * places before memory allocations.
2106  *
2107  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
2108  * more generous then that.
2109  */
2110 void
2111 vm_wait(int timo)
2112 {
2113         /*
2114          * never wait forever
2115          */
2116         if (timo == 0)
2117                 timo = hz;
2118         lwkt_gettoken(&vm_token);
2119
2120         if (curthread == pagethread ||
2121             curthread == emergpager) {
2122                 /*
2123                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
2124                  */
2125                 if (vm_page_count_min(0)) {
2126                         vm_pageout_pages_needed = 1;
2127                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
2128                 }
2129         } else {
2130                 /*
2131                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2132                  *
2133                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2134                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
2135                  * But wait a little to try to slow down page allocations
2136                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
2137                  * allocation priority.
2138                  */
2139                 if (vm_page_count_target()) {
2140                         if (vm_pages_needed == 0) {
2141                                 vm_pages_needed = 1;
2142                                 wakeup(&vm_pages_needed);
2143                         }
2144                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2145                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
2146                 }
2147         }
2148         lwkt_reltoken(&vm_token);
2149 }
2150
2151 /*
2152  * Block until free pages are available for allocation
2153  *
2154  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
2155  * easily tracked.
2156  */
2157 void
2158 vm_wait_pfault(void)
2159 {
2160         /*
2161          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
2162          *
2163          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
2164          * as load might prevent it from being reached any time soon.
2165          * But wait a little to try to slow down page allocations
2166          * and to give more important threads (the pagedaemon)
2167          * allocation priority.
2168          */
2169         if (vm_page_count_min(0)) {
2170                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2171                 while (vm_page_count_severe()) {
2172                         if (vm_page_count_target()) {
2173                                 thread_t td;
2174
2175                                 if (vm_pages_needed == 0) {
2176                                         vm_pages_needed = 1;
2177                                         wakeup(&vm_pages_needed);
2178                                 }
2179                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
2180                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
2181
2182                                 /*
2183                                  * Do not stay stuck in the loop if the system is trying
2184                                  * to kill the process.
2185                                  */
2186                                 td = curthread;
2187                                 if (td->td_proc && (td->td_proc->p_flags & P_LOWMEMKILL))
2188                                         break;
2189                         }
2190                 }
2191                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2192         }
2193 }
2194
2195 /*
2196  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
2197  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
2198  *
2199  * The caller should be holding the page busied ? XXX
2200  * This routine may not block.
2201  */
2202 void
2203 vm_page_activate(vm_page_t m)
2204 {
2205         u_short oqueue;
2206
2207         vm_page_spin_lock(m);
2208         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
2209                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
2210                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2211                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
2212
2213                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2214                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2215                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2216                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2217                                 m->act_count = ACT_INIT;
2218                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2219                 }
2220                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2221                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
2222                         pagedaemon_wakeup();
2223         } else {
2224                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2225                         m->act_count = ACT_INIT;
2226                 vm_page_spin_unlock(m);
2227         }
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2232  * routine is called when a page has been added to the cache or free
2233  * queues.
2234  *
2235  * This routine may not block.
2236  */
2237 static __inline void
2238 vm_page_free_wakeup(void)
2239 {
2240         globaldata_t gd = mycpu;
2241
2242         /*
2243          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
2244          * there are some free.
2245          */
2246         if (vm_pageout_pages_needed &&
2247             gd->gd_vmstats.v_cache_count + gd->gd_vmstats.v_free_count >=
2248             gd->gd_vmstats.v_pageout_free_min
2249         ) {
2250                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2251                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2252         }
2253
2254         /*
2255          * Wakeup processes that are waiting on memory.
2256          *
2257          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
2258          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
2259          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
2260          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
2261          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
2262          * normal target.
2263          */
2264         if (vm_pages_waiting) {
2265                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
2266                     !vm_page_count_target()) {
2267                         vm_pages_waiting = 0;
2268                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2269                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2270                 }
2271 #if 0
2272                 if (!vm_page_count_target()) {
2273                         /*
2274                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
2275                          */
2276                         vm_pages_waiting = 0;
2277                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
2278                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2279                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
2280                         /*
2281                          * Some pages are free, wakeup someone.
2282                          */
2283                         int wcount = vm_pages_waiting;
2284                         if (wcount > 0)
2285                                 --wcount;
2286                         vm_pages_waiting = wcount;
2287                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
2288                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
2289                 }
2290 #endif
2291         }
2292 }
2293
2294 /*
2295  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2296  * it from its VM object.
2297  *
2298  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
2299  * return (the page will have been freed).
2300  */
2301 void
2302 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2303 {
2304         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2305         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2306         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2307
2308         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2309                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
2310                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
2311                         (u_long)m->pindex, m->busy,
2312                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
2313                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2314                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2315                 else
2316                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2317         }
2318
2319         /*
2320          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2321          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2322          * after this section (because the page was removed from any
2323          * queue).
2324          */
2325         vm_page_remove(m);
2326         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2327         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2328
2329         /*
2330          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2331          * and queue removal.
2332          */
2333         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2334                 vm_page_spin_unlock(m);
2335                 vm_page_wakeup(m);
2336                 return;
2337         }
2338
2339         m->valid = 0;
2340         vm_page_undirty(m);
2341
2342         if (m->wire_count != 0) {
2343                 if (m->wire_count > 1) {
2344                     panic(
2345                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2346                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2347                 }
2348                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2349         }
2350
2351         /*
2352          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2353          * Clear the NEED_COMMIT flag
2354          */
2355         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2356                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2357         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2358                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2359
2360         if (m->hold_count != 0) {
2361                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2362         } else {
2363                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 1);
2364         }
2365
2366         /*
2367          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2368          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2369          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2370          * deadlock.
2371          */
2372         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2373         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2374                 vm_page_spin_unlock(m);
2375                 wakeup(m);
2376         } else {
2377                 vm_page_spin_unlock(m);
2378         }
2379         vm_page_free_wakeup();
2380 }
2381
2382 /*
2383  * vm_page_unmanage()
2384  *
2385  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2386  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2387  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2388  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2389  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2390  * operate on the page.
2391  *
2392  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2393  * will clear the flag.
2394  *
2395  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2396  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2397  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2398  * mappings.
2399  *
2400  * Caller must be holding the page busy.
2401  */
2402 void
2403 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2404 {
2405         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2406         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2407                 if (m->wire_count == 0)
2408                         vm_page_unqueue(m);
2409         }
2410         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2411 }
2412
2413 /*
2414  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2415  * paging queues as necessary.
2416  *
2417  * Caller must be holding the page busy.
2418  */
2419 void
2420 vm_page_wire(vm_page_t m)
2421 {
2422         /*
2423          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2424          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2425          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2426          * pages because they are always wired.
2427          */
2428         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2429         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2430                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2431                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2432                                 vm_page_unqueue(m);
2433                         atomic_add_int(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, 1);
2434                 }
2435                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2436                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2437         }
2438 }
2439
2440 /*
2441  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2442  *
2443  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2444  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2445  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2446  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2447  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2448  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2449  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2450  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2451  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2452  * reused more quickly.
2453  *
2454  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2455  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2456  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2457  *
2458  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2459  * put clean pages on the cache queue.
2460  *
2461  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2462  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2463  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2464  * dirty pages in the cache are not allowed.
2465  *
2466  * This routine may not block.
2467  */
2468 void
2469 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2470 {
2471         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2472         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2473                 /* do nothing */
2474         } else if (m->wire_count <= 0) {
2475                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2476         } else {
2477                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2478                         atomic_add_int(&mycpu->gd_vmstats_adj.v_wire_count, -1);
2479                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2480                                 ;
2481                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2482                                 vm_page_spin_lock(m);
2483                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2484                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2485                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2486                         } else {
2487                                 vm_page_spin_lock(m);
2488                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2489                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2490                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2491                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2492                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2493                         }
2494                 }
2495         }
2496 }
2497
2498 /*
2499  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2500  * any associated swap, the swap is deallocated.
2501  *
2502  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2503  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2504  * except without unmapping it from the process address space.
2505  *
2506  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2507  * This routine may not block.
2508  */
2509 static void
2510 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2511 {
2512         u_short oqueue;
2513
2514         /*
2515          * Ignore if already inactive.
2516          */
2517         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2518                 return;
2519         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2520         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2521
2522         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2523                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2524                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2525                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2526                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2527                 if (athead == 0)
2528                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2529         }
2530         /* NOTE: PQ_NONE if condition not taken */
2531         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2532         /* leaves vm_page spinlocked */
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Attempt to deactivate a page.
2537  *
2538  * No requirements.
2539  */
2540 void
2541 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2542 {
2543         vm_page_spin_lock(m);
2544         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2545         vm_page_spin_unlock(m);
2546 }
2547
2548 void
2549 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2550 {
2551         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2552 }
2553
2554 /*
2555  * Attempt to move a busied page to PQ_CACHE, then unconditionally unbusy it.
2556  *
2557  * This function returns non-zero if it successfully moved the page to
2558  * PQ_CACHE.
2559  *
2560  * This function unconditionally unbusies the page on return.
2561  */
2562 int
2563 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2564 {
2565         vm_page_spin_lock(m);
2566         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2567             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2568                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2569                         vm_page_spin_unlock(m);
2570                         wakeup(m);
2571                 } else {
2572                         vm_page_spin_unlock(m);
2573                 }
2574                 return(0);
2575         }
2576         vm_page_spin_unlock(m);
2577
2578         /*
2579          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2580          * be moved to the cache.
2581          */
2582         vm_page_test_dirty(m);
2583         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2584                 vm_page_wakeup(m);
2585                 return(0);
2586         }
2587         vm_page_cache(m);
2588         return(1);
2589 }
2590
2591 /*
2592  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2593  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2594  *
2595  * No requirements.
2596  */
2597 int
2598 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2599 {
2600         vm_page_spin_lock(m);
2601         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2602                 vm_page_spin_unlock(m);
2603                 return(0);
2604         }
2605
2606         /*
2607          * The page can be in any state, including already being on the free
2608          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2609          */
2610         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2611             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2612             m->wire_count ||                    /* or wired */
2613             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2614                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2615             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2616             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2617                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2618                         vm_page_spin_unlock(m);
2619                         wakeup(m);
2620                 } else {
2621                         vm_page_spin_unlock(m);
2622                 }
2623                 return(0);
2624         }
2625         vm_page_spin_unlock(m);
2626
2627         /*
2628          * We can probably free the page.
2629          *
2630          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2631          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2632          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2633          */
2634         vm_page_test_dirty(m);
2635         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2636                 vm_page_wakeup(m);
2637                 return(0);
2638         }
2639         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2640         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2641                 vm_page_wakeup(m);
2642                 return(0);
2643         }
2644         vm_page_free(m);
2645         return(1);
2646 }
2647
2648 /*
2649  * vm_page_cache
2650  *
2651  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2652  *
2653  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2654  * possibly even free the page.
2655  */
2656 void
2657 vm_page_cache(vm_page_t m)
2658 {
2659         /*
2660          * Not suitable for the cache
2661          */
2662         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2663             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2664                 vm_page_wakeup(m);
2665                 return;
2666         }
2667
2668         /*
2669          * Already in the cache (and thus not mapped)
2670          */
2671         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2672                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2673                 vm_page_wakeup(m);
2674                 return;
2675         }
2676
2677         /*
2678          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2679          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2680          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2681          */
2682         if (m->dirty) {
2683                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2684                         (long)m->pindex);
2685         }
2686
2687         /*
2688          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2689          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2690          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2691          * everything.
2692          */
2693         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2694         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2695             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2696                 vm_page_wakeup(m);
2697         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2698                 vm_page_deactivate(m);
2699                 vm_page_wakeup(m);
2700         } else {
2701                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2702                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2703                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2704                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2705                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2706                         vm_page_spin_unlock(m);
2707                         wakeup(m);
2708                 } else {
2709                         vm_page_spin_unlock(m);
2710                 }
2711                 vm_page_free_wakeup();
2712         }
2713 }
2714
2715 /*
2716  * vm_page_dontneed()
2717  *
2718  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2719  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2720  *
2721  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2722  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2723  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2724  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2725  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2726  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2727  *
2728  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2729  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2730  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2731  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2732  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2733  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2734  * often.
2735  *
2736  * The page must be busied.
2737  */
2738 void
2739 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2740 {
2741         static int dnweight;
2742         int dnw;
2743         int head;
2744
2745         dnw = ++dnweight;
2746
2747         /*
2748          * occassionally leave the page alone
2749          */
2750         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2751             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2752             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2753         ) {
2754                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2755                         --m->act_count;
2756                 return;
2757         }
2758
2759         /*
2760          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2761          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2762          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2763          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2764          */
2765         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2766         pmap_clear_reference(m);
2767
2768         if (m->dirty == 0)
2769                 vm_page_test_dirty(m);
2770
2771         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2772                 /*
2773                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2774                  */
2775                 head = 0;
2776         } else {
2777                 /*
2778                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2779                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2780                  * at the head of the queue instead of the tail.
2781                  */
2782                 head = 1;
2783         }
2784         vm_page_spin_lock(m);
2785         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2786         vm_page_spin_unlock(m);
2787 }
2788
2789 /*
2790  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2791  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2792  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2793  * write can still be mapped read-only.
2794  *
2795  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2796  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2797  * busy bit is cleared.
2798  *
2799  * The caller must hold the page BUSY when making these two calls.
2800  */
2801 void
2802 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2803 {
2804         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2805         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2806         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2807 }
2808
2809 void
2810 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2811 {
2812         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2813         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2814         if (m->busy == 0)
2815                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2820  * be reused.  Used by tmpfs.
2821  */
2822 void
2823 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2824 {
2825         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2826         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2827 }
2828
2829 void
2830 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2831 {
2832         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2833 }
2834
2835 /*
2836  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2837  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2838  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2839  * the page).
2840  *
2841  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2842  * page will be zero'd and marked valid.
2843  *
2844  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2845  * valid even if it already exists.
2846  *
2847  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2848  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2849  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2850  *
2851  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2852  * always returned if we had blocked.  
2853  *
2854  * This routine may not be called from an interrupt.
2855  *
2856  * No other requirements.
2857  */
2858 vm_page_t
2859 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2860 {
2861         vm_page_t m;
2862         int error;
2863         int shared = 1;
2864
2865         KKASSERT(allocflags &
2866                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2867         vm_object_hold_shared(object);
2868         for (;;) {
2869                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2870                 if (error) {
2871                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2872                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2873                                 m = NULL;
2874                                 break;
2875                         }
2876                         /* retry */
2877                 } else if (m == NULL) {
2878                         if (shared) {
2879                                 vm_object_upgrade(object);
2880                                 shared = 0;
2881                         }
2882                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2883                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2884                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2885                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2886                         if (m)
2887                                 break;
2888                         vm_wait(0);
2889                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2890                                 goto failed;
2891                 } else {
2892                         /* m found */
2893                         break;
2894                 }
2895         }
2896
2897         /*
2898          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2899          *
2900          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2901          * valid even if already valid.
2902          *
2903          * NOTE!  We have removed all of the PG_ZERO optimizations and also
2904          *        removed the idle zeroing code.  These optimizations actually
2905          *        slow things down on modern cpus because the zerod area is
2906          *        likely uncached, placing a memory-access burden on the
2907          *        accesors taking the fault.
2908          *
2909          *        By always zeroing the page in-line with the fault, no
2910          *        dynamic ram reads are needed and the caches are hot, ready
2911          *        for userland to access the memory.
2912          */
2913         if (m->valid == 0) {
2914                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2915                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2916                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2917                 }
2918         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2919                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2920                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2921         }
2922 failed:
2923         vm_object_drop(object);
2924         return(m);
2925 }
2926
2927 /*
2928  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2929  * a page.  May not block.
2930  *
2931  * Inputs are required to range within a page.
2932  *
2933  * No requirements.
2934  * Non blocking.
2935  */
2936 int
2937 vm_page_bits(int base, int size)
2938 {
2939         int first_bit;
2940         int last_bit;
2941
2942         KASSERT(
2943             base + size <= PAGE_SIZE,
2944             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2945         );
2946
2947         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2948                 return(0);
2949
2950         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2951         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2952
2953         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2954 }
2955
2956 /*
2957  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2958  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2959  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2960  * such chunks will be zero'd.
2961  *
2962  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2963  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2964  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2965  *       lost.
2966  *
2967  * This routine may not block.
2968  *
2969  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2970  */
2971 static void
2972 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2973 {
2974         int frag;
2975         int endoff;
2976
2977         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2978                 return;
2979
2980         /*
2981          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2982          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2983          * first block.
2984          */
2985
2986         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2987             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2988         ) {
2989                 pmap_zero_page_area(
2990                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2991                     frag,
2992                     base - frag
2993                 );
2994         }
2995
2996         /*
2997          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2998          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2999          * the last block.
3000          */
3001
3002         endoff = base + size;
3003
3004         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
3005             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
3006         ) {
3007                 pmap_zero_page_area(
3008                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3009                     endoff,
3010                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
3011                 );
3012         }
3013 }
3014
3015 /*
3016  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3017  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3018  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
3019  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3020  * be set again.
3021  *
3022  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3023  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3024  * the range.
3025  *
3026  * Page must be busied?
3027  * No other requirements.
3028  */
3029 void
3030 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3031 {
3032         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3033         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3034 }
3035
3036
3037 /*
3038  * Set valid bits and clear dirty bits.
3039  *
3040  * Page must be busied by caller.
3041  *
3042  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3043  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3044  *       and size.
3045  *
3046  * No other requirements.
3047  */
3048 void
3049 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3050 {
3051         int pagebits;
3052
3053         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
3054         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3055         m->valid |= pagebits;
3056         m->dirty &= ~pagebits;
3057         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3058                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3059                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3060         }
3061 }
3062
3063 /*
3064  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
3065  *
3066  * Page must be busied by caller.
3067  */
3068 void
3069 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
3070 {
3071         int pagebits;
3072
3073         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3074         m->valid |= pagebits;
3075         m->dirty |= pagebits;
3076         if (m->object)
3077                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3078 }
3079
3080 /*
3081  * Clear dirty bits.
3082  *
3083  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
3084  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
3085  *       and size.
3086  *
3087  * Page must be busied?
3088  * No other requirements.
3089  */
3090 void
3091 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3092 {
3093         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
3094         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3095                 /*pmap_clear_modify(m);*/
3096                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
3097         }
3098 }
3099
3100 /*
3101  * Make the page all-dirty.
3102  *
3103  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
3104  * object may now contain a dirty page.
3105  *
3106  * Page must be busied?
3107  * No other requirements.
3108  */
3109 void
3110 vm_page_dirty(vm_page_t m)
3111 {
3112 #ifdef INVARIANTS
3113         int pqtype = m->queue - m->pc;
3114 #endif
3115         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
3116                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
3117         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
3118                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
3119                 if (m->object)
3120                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
3121         }
3122 }
3123
3124 /*
3125  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3126  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3127  *
3128  * Page must be busied?
3129  * Does not block.
3130  * No other requirements.
3131  */
3132 void
3133 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3134 {
3135         int bits;
3136
3137         bits = vm_page_bits(base, size);
3138         m->valid &= ~bits;
3139         m->dirty &= ~bits;
3140         atomic_add_int(&m->object->generation, 1);
3141 }
3142
3143 /*
3144  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3145  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3146  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3147  * page so user code sees what it expects.
3148  *
3149  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3150  * into memory and the file's size is not page aligned.
3151  *
3152  * Page must be busied?
3153  * No other requirements.
3154  */
3155 void
3156 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3157 {
3158         int b;
3159         int i;
3160
3161         /*
3162          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3163          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3164          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3165          * vm_page_set_validclean().
3166          */
3167         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3168                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3169                     (m->valid & (1 << i))
3170                 ) {
3171                         if (i > b) {
3172                                 pmap_zero_page_area(
3173                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
3174                                     b << DEV_BSHIFT,
3175                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
3176                                 );
3177                         }
3178                         b = i + 1;
3179                 }
3180         }
3181
3182         /*
3183          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3184          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
3185          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3186          */
3187         if (setvalid)
3188                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3189 }
3190
3191 /*
3192  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3193  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
3194  * invalid, and TRUE otherwise.
3195  *
3196  * Does not block.
3197  * No other requirements.
3198  */
3199 int
3200 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3201 {
3202         int bits = vm_page_bits(base, size);
3203
3204         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
3205                 return 1;
3206         else
3207                 return 0;
3208 }
3209
3210 /*
3211  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
3212  *
3213  * Caller must hold the page busy
3214  */
3215 void
3216 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3217 {
3218         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
3219                 vm_page_dirty(m);
3220         }
3221 }
3222
3223 #include "opt_ddb.h"
3224 #ifdef DDB
3225 #include <ddb/ddb.h>
3226
3227 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3228 {
3229         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3230         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3231         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3232         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3233         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3234         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3235         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3236         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3237         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3238         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3239 }
3240
3241 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3242 {
3243         int i;
3244         db_printf("PQ_FREE:");
3245         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3246                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3247         }
3248         db_printf("\n");
3249                 
3250         db_printf("PQ_CACHE:");
3251         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3252                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3253         }
3254         db_printf("\n");
3255
3256         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3257         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3258                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3259         }
3260         db_printf("\n");
3261
3262         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3263         for(i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
3264                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3265         }
3266         db_printf("\n");
3267 }
3268 #endif /* DDB */