kernel - Implement a contiguous memory reserve for contigmalloc()
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76 #include <sys/alist.h>
77 #include <sys/sysctl.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/swap_pager.h>
91
92 #include <machine/inttypes.h>
93 #include <machine/md_var.h>
94
95 #include <vm/vm_page2.h>
96 #include <sys/spinlock2.h>
97
98 #define VMACTION_HSIZE  256
99 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
100
101 static void vm_page_queue_init(void);
102 static void vm_page_free_wakeup(void);
103 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
104 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
105 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
106
107 /*
108  * Array of tailq lists
109  */
110 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
111
112 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
113 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
114 static volatile int vm_pages_waiting;
115
116 static struct alist vm_contig_alist;
117 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
118 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin);
119
120 static u_long vm_dma_reserved = 0;
121 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
122 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
123             "Memory reserved for DMA");
124 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
125             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
126
127 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
128              vm_pindex_t, pindex);
129
130 static void
131 vm_page_queue_init(void) 
132 {
133         int i;
134
135         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
136                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
137         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
138                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
139         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
140                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
141         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
142                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
143         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
144                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
145         /* PQ_NONE has no queue */
146
147         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
148                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
149                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin);
150         }
151
152         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
153                 LIST_INIT(&action_list[i]);
154 }
155
156 /*
157  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
158  */
159 long first_page = 0;
160 int vm_page_array_size = 0;
161 int vm_page_zero_count = 0;
162 vm_page_t vm_page_array = NULL;
163 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
164
165 /*
166  * (low level boot)
167  *
168  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
169  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
170  */
171 void
172 vm_set_page_size(void)
173 {
174         if (vmstats.v_page_size == 0)
175                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
176         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
177                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
178 }
179
180 /*
181  * (low level boot)
182  *
183  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
184  * are added to both the head and tail of the associated free page
185  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
186  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
187  *
188  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
189  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
190  *
191  * Must be called in a critical section.
192  */
193 static void
194 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
195 {
196         struct vpgqueues *vpq;
197         vm_page_t m;
198
199         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
200         m->phys_addr = pa;
201         m->flags = 0;
202         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
203 #ifdef SMP
204         /*
205          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
206          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
207          */
208         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
209         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
210 #endif
211         /*
212          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
213          * contigmalloc() to use.
214          */
215         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
216                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
217                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
218                 m->queue = PQ_NONE;
219                 m->wire_count = 1;
220                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
221                 return;
222         }
223
224         /*
225          * General page
226          */
227         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
228         KKASSERT(m->dirty == 0);
229
230         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
231         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
232         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
233         if ((vpq->flipflop & 15) == 0) {
234                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
235                 m->flags |= PG_ZERO;
236                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
237                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
238         } else {
239                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
240         }
241         ++vpq->flipflop;
242         ++vpq->lcnt;
243 }
244
245 /*
246  * (low level boot)
247  *
248  * Initializes the resident memory module.
249  *
250  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
251  * kernel_map becoming available.
252  *
253  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
254  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
255  *
256  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
257  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
258  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
259  */
260 void
261 vm_page_startup(void)
262 {
263         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
264         vm_offset_t mapped;
265         vm_size_t npages;
266         vm_paddr_t page_range;
267         vm_paddr_t new_end;
268         int i;
269         vm_paddr_t pa;
270         int nblocks;
271         vm_paddr_t last_pa;
272         vm_paddr_t end;
273         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
274         vm_paddr_t total;
275
276         total = 0;
277         biggestsize = 0;
278         biggestone = 0;
279         nblocks = 0;
280         vaddr = round_page(vaddr);
281
282         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
283                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
284                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
285         }
286
287         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
288                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
289
290                 if (size > biggestsize) {
291                         biggestone = i;
292                         biggestsize = size;
293                 }
294                 ++nblocks;
295                 total += size;
296         }
297
298         end = phys_avail[biggestone+1];
299         end = trunc_page(end);
300
301         /*
302          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
303          * and the inactive queue.
304          */
305         vm_page_queue_init();
306
307 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
308         /*
309          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
310          * vm_page_dump
311          *
312          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
313          * needs to be included in a minidump.
314          *
315          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
316          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
317          *
318          * However, i386 still needs this workspace internally within the
319          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
320          * included should the sf_buf code decide to use them.
321          */
322         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
323         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
324         end -= vm_page_dump_size;
325         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
326             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
327         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
328 #endif
329         /*
330          * Compute the number of pages of memory that will be available for
331          * use (taking into account the overhead of a page structure per
332          * page).
333          */
334         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
335         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
336         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
337
338 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
339         /*
340          * (only applies to real kernels)
341          *
342          * Initialize the contiguous reserve map.  We initially reserve up
343          * to 1/4 available physical memory or 65536 pages (~256MB), whichever
344          * is lower.
345          *
346          * Once device initialization is complete we return most of the
347          * reserved memory back to the normal page queues but leave some
348          * in reserve for things like usb attachments.
349          */
350         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
351         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
352                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
353         if (vm_dma_reserved == 0) {
354                 vm_dma_reserved = 16 * 1024 * 1024;     /* 16MB */
355                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
356                         vm_dma_reserved = total / 16;
357         }
358 #endif
359         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
360                    ALIST_RECORDS_65536);
361
362         /*
363          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
364          * queue.
365          */
366         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
367         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
368         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
369
370 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
371         /*
372          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
373          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
374          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
375          */
376         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
377                 dump_add_page(pa);
378 #endif
379
380         /*
381          * Clear all of the page structures
382          */
383         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
384         vm_page_array_size = page_range;
385
386         /*
387          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
388          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
389          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
390          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
391          */
392         vmstats.v_page_count = 0;
393         vmstats.v_free_count = 0;
394         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
395                 pa = phys_avail[i];
396                 if (i == biggestone)
397                         last_pa = new_end;
398                 else
399                         last_pa = phys_avail[i + 1];
400                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
401                         vm_add_new_page(pa);
402                         pa += PAGE_SIZE;
403                 }
404         }
405         if (virtual2_start)
406                 virtual2_start = vaddr;
407         else
408                 virtual_start = vaddr;
409 }
410
411 /*
412  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
413  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
414  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
415  * allocations.
416  *
417  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
418  */
419 static void
420 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
421 {
422         alist_blk_t blk;
423         alist_blk_t rblk;
424         alist_blk_t count;
425         alist_blk_t xcount;
426         alist_blk_t bfree;
427         vm_page_t m;
428
429         spin_lock(&vm_contig_spin);
430         for (;;) {
431                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
432                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
433                         break;
434                 if (count == 0)
435                         break;
436
437                 /*
438                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
439                  * free in order to reach our target.
440                  */
441                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
442                 if (count > bfree) {
443                         blk += count - bfree;
444                         count = bfree;
445                 }
446
447                 /*
448                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
449                  */
450                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
451                         ;
452                 xcount >>= 1;
453                 blk += count - xcount;
454                 count = xcount;
455
456                 /*
457                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
458                  * the normal VM page queues.
459                  *
460                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
461                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
462                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
463                  * confusion.
464                  */
465                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
466                 if (rblk != blk) {
467                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
468                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
469                                 blk, count, rblk);
470                         break;
471                 }
472                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
473                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
474
475                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
476                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
477                 while (count) {
478                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
479                         vm_page_unwire(m, 0);
480                         vm_page_free(m);
481                         --count;
482                         ++m;
483                 }
484                 spin_lock(&vm_contig_spin);
485         }
486         spin_unlock(&vm_contig_spin);
487
488         /*
489          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
490          * how much is left over.
491          */
492         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
493                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
494                 (PAGE_SIZE / 1024),
495                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
496 }
497 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
498         vm_page_startup_finish, NULL)
499
500
501 /*
502  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
503  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
504  */
505 int
506 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
507 {
508         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
509
510         if (p->pindex < info->start_pindex)
511                 return(-1);
512         if (p->pindex > info->end_pindex)
513                 return(1);
514         return(0);
515 }
516
517 int
518 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
519 {
520         if (p1->pindex < p2->pindex)
521                 return(-1);
522         if (p1->pindex > p2->pindex)
523                 return(1);
524         return(0);
525 }
526
527 /*
528  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
529  * allocating and freeing pages at least.
530  *
531  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
532  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
533  * unless both the page and queue are locked.
534  */
535 static __inline
536 void
537 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
538 {
539         u_short queue;
540
541         queue = m->queue;
542         if (queue != PQ_NONE) {
543                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
544                 KKASSERT(queue == m->queue);
545         }
546 }
547
548 static __inline
549 void
550 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
551 {
552         u_short queue;
553
554         queue = m->queue;
555         cpu_ccfence();
556         if (queue != PQ_NONE)
557                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
558 }
559
560 static __inline
561 void
562 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
563 {
564         cpu_ccfence();
565         if (queue != PQ_NONE)
566                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
567 }
568
569
570 static __inline
571 void
572 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
573 {
574         cpu_ccfence();
575         if (queue != PQ_NONE)
576                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
577 }
578
579 void
580 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
581 {
582         _vm_page_queue_spin_lock(m);
583 }
584
585 void
586 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
587 {
588         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
589 }
590
591 void
592 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
593 {
594         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
595 }
596
597 void
598 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
599 {
600         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
601 }
602
603 /*
604  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
605  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
606  * recheck on return.
607  */
608 static __inline
609 void
610 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
611 {
612         vm_page_spin_lock(m);
613         _vm_page_queue_spin_lock(m);
614 }
615
616 static __inline
617 void
618 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
619 {
620         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
621         vm_page_spin_unlock(m);
622 }
623
624 void
625 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
626 {
627         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
628 }
629
630 void
631 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
632 {
633         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
634 }
635
636 /*
637  * Helper function removes vm_page from its current queue.
638  * Returns the base queue the page used to be on.
639  *
640  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
641  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
642  */
643 static __inline u_short
644 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
645 {
646         struct vpgqueues *pq;
647         u_short queue;
648
649         queue = m->queue;
650         if (queue != PQ_NONE) {
651                 pq = &vm_page_queues[queue];
652                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
653                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
654                 pq->lcnt--;
655                 m->queue = PQ_NONE;
656                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
657                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
658                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
659                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
660                         return (queue - m->pc);
661         }
662         return queue;
663 }
664
665 /*
666  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
667  *
668  * The vm_page must be spinlocked.
669  * This function will return with both the page and the queue locked.
670  */
671 static __inline void
672 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
673 {
674         struct vpgqueues *pq;
675
676         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
677
678         if (queue != PQ_NONE) {
679                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
680                 pq = &vm_page_queues[queue];
681                 ++pq->lcnt;
682                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
683                 m->queue = queue;
684
685                 /*
686                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
687                  * first ) and non-zerod pages at the head.
688                  */
689                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
690                         if (m->flags & PG_ZERO) {
691                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
692                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
693                         } else {
694                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
695                         }
696                 } else if (athead) {
697                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
698                 } else {
699                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
700                 }
701                 /* leave the queue spinlocked */
702         }
703 }
704
705 /*
706  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
707  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
708  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
709  *
710  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
711  * guaranteed to be available.
712  */
713 void
714 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
715 {
716         u_int32_t flags;
717
718         for (;;) {
719                 flags = m->flags;
720                 cpu_ccfence();
721
722                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
723                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
724                         break;
725                 }
726                 tsleep_interlock(m, 0);
727                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
728                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
729                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
730                         break;
731                 }
732         }
733 }
734
735 /*
736  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
737  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
738  */
739 void
740 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
741                                      int also_m_busy, const char *msg
742                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
743 {
744         u_int32_t flags;
745
746         for (;;) {
747                 flags = m->flags;
748                 cpu_ccfence();
749                 if (flags & PG_BUSY) {
750                         tsleep_interlock(m, 0);
751                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
752                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
753                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
754                         }
755                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
756                         tsleep_interlock(m, 0);
757                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
758                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
759                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
760                         }
761                 } else {
762                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
763                                               flags | PG_BUSY)) {
764 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
765                                 m->busy_func = func;
766                                 m->busy_line = lineno;
767 #endif
768                                 break;
769                         }
770                 }
771         }
772 }
773
774 /*
775  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
776  * is also 0.
777  *
778  * Returns non-zero on failure.
779  */
780 int
781 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
782                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
783 {
784         u_int32_t flags;
785
786         for (;;) {
787                 flags = m->flags;
788                 cpu_ccfence();
789                 if (flags & PG_BUSY)
790                         return TRUE;
791                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
792                         return TRUE;
793                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
794 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
795                                 m->busy_func = func;
796                                 m->busy_line = lineno;
797 #endif
798                         return FALSE;
799                 }
800         }
801 }
802
803 /*
804  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
805  * that a wakeup() should be performed.
806  *
807  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
808  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
809  *
810  * (inline version)
811  */
812 static __inline
813 int
814 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
815 {
816         u_int32_t flags;
817
818         for (;;) {
819                 flags = m->flags;
820                 cpu_ccfence();
821                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
822                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
823                         break;
824                 }
825         }
826         return(flags & PG_WANTED);
827 }
828
829 /*
830  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
831  * is typically the last call you make on a page before moving onto
832  * other things.
833  */
834 void
835 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
836 {
837         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
838         vm_page_spin_lock(m);
839         if (_vm_page_wakeup(m)) {
840                 vm_page_spin_unlock(m);
841                 wakeup(m);
842         } else {
843                 vm_page_spin_unlock(m);
844         }
845 }
846
847 /*
848  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
849  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
850  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
851  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
852  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
853  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
854  * page from being disassociated from its object too).
855  *
856  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
857  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
858  * before manipulating the page.
859  *
860  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
861  */
862 void
863 vm_page_hold(vm_page_t m)
864 {
865         vm_page_spin_lock(m);
866         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
867         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
868                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
869                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
870                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
871                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
872         }
873         vm_page_spin_unlock(m);
874 }
875
876 /*
877  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
878  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
879  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
880  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
881  */
882 void
883 vm_page_unhold(vm_page_t m)
884 {
885         vm_page_spin_lock(m);
886         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
887         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
888                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
889                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
890                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
891                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
892         }
893         vm_page_spin_unlock(m);
894 }
895
896 /*
897  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
898  *
899  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
900  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
901  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
902  * here so we *can't* do this anyway.
903  *
904  * This routine may not block.
905  * This routine must be called with the vm_object held.
906  * This routine must be called with a critical section held.
907  *
908  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
909  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
910  */
911 int
912 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
913 {
914         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
915         if (m->object != NULL)
916                 panic("vm_page_insert: already inserted");
917
918         object->generation++;
919
920         /*
921          * Record the object/offset pair in this page and add the
922          * pv_list_count of the page to the object.
923          *
924          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
925          */
926         vm_page_spin_lock(m);
927         m->object = object;
928         m->pindex = pindex;
929         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
930                 m->object = NULL;
931                 m->pindex = 0;
932                 vm_page_spin_unlock(m);
933                 return FALSE;
934         }
935         object->resident_page_count++;
936         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
937         vm_page_spin_unlock(m);
938
939         /*
940          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
941          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
942          */
943         if ((m->valid & m->dirty) || (m->flags & PG_WRITEABLE))
944                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
945
946         /*
947          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
948          */
949         swap_pager_page_inserted(m);
950         return TRUE;
951 }
952
953 /*
954  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
955  *
956  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
957  * This routine may not block.
958  *
959  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
960  * No other requirements.
961  *
962  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
963  *       it busy.
964  */
965 void
966 vm_page_remove(vm_page_t m)
967 {
968         vm_object_t object;
969
970         if (m->object == NULL) {
971                 return;
972         }
973
974         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
975                 panic("vm_page_remove: page not busy");
976
977         object = m->object;
978
979         vm_object_hold(object);
980
981         /*
982          * Remove the page from the object and update the object.
983          *
984          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
985          */
986         vm_page_spin_lock(m);
987         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
988         object->resident_page_count--;
989         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
990         m->object = NULL;
991         vm_page_spin_unlock(m);
992
993         object->generation++;
994
995         vm_object_drop(object);
996 }
997
998 /*
999  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1000  * page could not be found.
1001  *
1002  * The caller must hold the vm_object token.
1003  */
1004 vm_page_t
1005 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1006 {
1007         vm_page_t m;
1008
1009         /*
1010          * Search the hash table for this object/offset pair
1011          */
1012         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1013         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1014         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1015         return(m);
1016 }
1017
1018 vm_page_t
1019 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1020                                             vm_pindex_t pindex,
1021                                             int also_m_busy, const char *msg
1022                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1023 {
1024         u_int32_t flags;
1025         vm_page_t m;
1026
1027         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1028         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1029         while (m) {
1030                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1031                 flags = m->flags;
1032                 cpu_ccfence();
1033                 if (flags & PG_BUSY) {
1034                         tsleep_interlock(m, 0);
1035                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1036                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1037                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1038                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1039                                                               pindex);
1040                         }
1041                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1042                         tsleep_interlock(m, 0);
1043                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1044                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1045                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1046                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1047                                                               pindex);
1048                         }
1049                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1050                                              flags | PG_BUSY)) {
1051 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1052                         m->busy_func = func;
1053                         m->busy_line = lineno;
1054 #endif
1055                         break;
1056                 }
1057         }
1058         return m;
1059 }
1060
1061 /*
1062  * Attempt to lookup and busy a page.
1063  *
1064  * Returns NULL if the page could not be found
1065  *
1066  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1067  * be busied.
1068  *
1069  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1070  */
1071 vm_page_t
1072 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1073                                            vm_pindex_t pindex,
1074                                            int also_m_busy, int *errorp
1075                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1076 {
1077         u_int32_t flags;
1078         vm_page_t m;
1079
1080         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1081         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1082         *errorp = FALSE;
1083         while (m) {
1084                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1085                 flags = m->flags;
1086                 cpu_ccfence();
1087                 if (flags & PG_BUSY) {
1088                         *errorp = TRUE;
1089                         break;
1090                 }
1091                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1092                         *errorp = TRUE;
1093                         break;
1094                 }
1095                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1096 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1097                         m->busy_func = func;
1098                         m->busy_line = lineno;
1099 #endif
1100                         break;
1101                 }
1102         }
1103         return m;
1104 }
1105
1106 /*
1107  * Caller must hold the related vm_object
1108  */
1109 vm_page_t
1110 vm_page_next(vm_page_t m)
1111 {
1112         vm_page_t next;
1113
1114         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1115         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1116                 next = NULL;
1117         return (next);
1118 }
1119
1120 /*
1121  * vm_page_rename()
1122  *
1123  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1124  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1125  * on return.
1126  *
1127  * new_object must be held.
1128  * This routine might block. XXX ?
1129  *
1130  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1131  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1132  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1133  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1134  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1135  *
1136  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1137  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1138  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1139  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1140  *       on the cache.
1141  */
1142 void
1143 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1144 {
1145         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1146         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(new_object));
1147         if (m->object) {
1148                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(m->object));
1149                 vm_page_remove(m);
1150         }
1151         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1152                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1153                       new_object, new_pindex);
1154         }
1155         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1156                 vm_page_deactivate(m);
1157         vm_page_dirty(m);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1162  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1163  * caller.
1164  *
1165  * This routine may not block.
1166  */
1167 void
1168 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1169 {
1170         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1171         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1172         vm_page_spin_unlock(m);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1177  * if necessary.
1178  *
1179  * This routine may not block.
1180  */
1181 void
1182 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1183 {
1184         u_short queue;
1185
1186         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1187         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1188         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1189                 vm_page_spin_unlock(m);
1190                 pagedaemon_wakeup();
1191         } else {
1192                 vm_page_spin_unlock(m);
1193         }
1194 }
1195
1196 /*
1197  * vm_page_list_find()
1198  *
1199  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1200  *
1201  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1202  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1203  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1204  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1205  *
1206  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1207  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1208  * This is done by 'twisting' the colors.
1209  *
1210  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1211  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1212  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1213  * deactivating the page and looping).
1214  *
1215  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1216  *        is available for outside callers but the only critical path is
1217  *        from within this source file.
1218  *
1219  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1220  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1221  *        first, then queue.
1222  */
1223 static __inline
1224 vm_page_t
1225 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1226 {
1227         vm_page_t m;
1228
1229         for (;;) {
1230                 if (prefer_zero)
1231                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1232                 else
1233                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1234                 if (m == NULL) {
1235                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1236                         return(m);
1237                 }
1238                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1239                 if (m->queue == basequeue + index) {
1240                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1241                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1242                         break;
1243                 }
1244                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1245         }
1246         return(m);
1247 }
1248
1249 static vm_page_t
1250 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1251 {
1252         int i;
1253         vm_page_t m = NULL;
1254         struct vpgqueues *pq;
1255
1256         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1257
1258         /*
1259          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1260          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1261          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1262          */
1263         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1264                 for (;;) {
1265                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1266                         if (m) {
1267                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1268                                 if (m->queue ==
1269                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1270                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1271                                         return(m);
1272                                 }
1273                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1274                                 continue;
1275                         }
1276                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1277                         if (m) {
1278                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1279                                 if (m->queue ==
1280                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1281                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1282                                         return(m);
1283                                 }
1284                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1285                                 continue;
1286                         }
1287                         break;  /* next i */
1288                 }
1289         }
1290         return(m);
1291 }
1292
1293 /*
1294  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1295  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1296  * deactivate it if it cannot be busied!)
1297  *
1298  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1299  */
1300 vm_page_t
1301 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1302 {
1303         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1304 }
1305
1306 /*
1307  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1308  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1309  *
1310  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1311  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1312  *
1313  * This routine may not block.
1314  *
1315  */
1316 static vm_page_t
1317 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1318 {
1319         vm_page_t m;
1320
1321         for (;;) {
1322                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1323                 if (m == NULL)
1324                         break;
1325                 /*
1326                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1327                  */
1328                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1329                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1330                         vm_page_spin_unlock(m);
1331 #ifdef INVARIANTS
1332                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1333 #endif
1334                 } else {
1335                         /*
1336                          * We successfully busied the page
1337                          */
1338                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0 &&
1339                             m->hold_count == 0 &&
1340                             m->wire_count == 0) {
1341                                 vm_page_spin_unlock(m);
1342                                 pagedaemon_wakeup();
1343                                 return(m);
1344                         }
1345                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1346                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1347                                 vm_page_spin_unlock(m);
1348                                 wakeup(m);
1349                         } else {
1350                                 vm_page_spin_unlock(m);
1351                         }
1352                 }
1353         }
1354         return (m);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1359  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1360  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1361  *
1362  * This routine may not block.
1363  */
1364 static __inline vm_page_t
1365 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1366 {
1367         vm_page_t m;
1368
1369         for (;;) {
1370                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1371                                        prefer_zero);
1372                 if (m == NULL)
1373                         break;
1374                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1375                         /*
1376                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1377                          * result in a busy page on the free queue.  We
1378                          * have to move the page out of the way so we can
1379                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1380                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1381                          * the pageout daemon will free the page later on.
1382                          *
1383                          * Since we could not busy the page, however, we
1384                          * cannot make assumptions as to whether the page
1385                          * will be allocated by the other thread or not,
1386                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1387                          * of the way.  In particular, if the other thread
1388                          * wires the page it may wind up on the inactive
1389                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1390                          * with that case too.
1391                          */
1392                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1393                         vm_page_spin_unlock(m);
1394 #ifdef INVARIANTS
1395                         kprintf("Warning: busy page %p found in cache\n", m);
1396 #endif
1397                 } else {
1398                         /*
1399                          * Theoretically if we are able to busy the page
1400                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1401                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1402                          * page before us.
1403                          */
1404                         KKASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0);
1405                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1406                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1407                         vm_page_spin_unlock(m);
1408                         pagedaemon_wakeup();
1409
1410                         /* return busied and removed page */
1411                         return(m);
1412                 }
1413         }
1414         return(m);
1415 }
1416
1417 /*
1418  * This implements a per-cpu cache of free, zero'd, ready-to-go pages.
1419  * The idea is to populate this cache prior to acquiring any locks so
1420  * we don't wind up potentially zeroing VM pages (under heavy loads) while
1421  * holding potentialy contending locks.
1422  *
1423  * Note that we allocate the page uninserted into anything and use a pindex
1424  * of 0, the vm_page_alloc() will effectively add gd_cpuid so these
1425  * allocations should wind up being uncontended.  However, we still want
1426  * to rove across PQ_L2_SIZE.
1427  */
1428 void
1429 vm_page_pcpu_cache(void)
1430 {
1431 #if 0
1432         globaldata_t gd = mycpu;
1433         vm_page_t m;
1434
1435         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MINVMPG) {
1436                 crit_enter_gd(gd);
1437                 while (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1438                         m = vm_page_alloc(NULL, ticks & ~ncpus2_mask,
1439                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_NORMAL |
1440                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_ZERO);
1441                         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1442                                 if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1443                                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1444                                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
1445                                 }
1446                                 gd->gd_vmpg_array[gd->gd_vmpg_count++] = m;
1447                         } else {
1448                                 vm_page_free(m);
1449                         }
1450                 }
1451                 crit_exit_gd(gd);
1452         }
1453 #endif
1454 }
1455
1456 /*
1457  * vm_page_alloc()
1458  *
1459  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1460  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1461  *
1462  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1463  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1464  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1465  *
1466  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1467  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1468  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1469  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1470  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1471  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1472  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1473  *                              (see vm_page_grab())
1474  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1475  *
1476  * The object must be held if not NULL
1477  * This routine may not block
1478  *
1479  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1480  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1481  * in this case.
1482  */
1483 vm_page_t
1484 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1485 {
1486 #ifdef SMP
1487         globaldata_t gd = mycpu;
1488 #endif
1489         vm_page_t m;
1490         u_short pg_color;
1491
1492 #if 0
1493         /*
1494          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1495          * and pre-zerod for us.
1496          */
1497         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1498                 crit_enter_gd(gd);
1499                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1500                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1501                         crit_exit_gd(gd);
1502                         goto done;
1503                 }
1504                 crit_exit_gd(gd);
1505         }
1506 #endif
1507         m = NULL;
1508
1509 #ifdef SMP
1510         /*
1511          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1512          */
1513         if (object) {
1514                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1515                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1516         } else {
1517                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1518         }
1519 #else
1520         /*
1521          * Normal page coloring algorithm
1522          */
1523         if (object) {
1524                 pg_color = object->pg_color + pindex;
1525         } else {
1526                 pg_color = pindex;
1527         }
1528 #endif
1529         KKASSERT(page_req & 
1530                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1531                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1532
1533         /*
1534          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1535          * allowed to eat deeper into the free page list.
1536          */
1537         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1538                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1539
1540 loop:
1541         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1542             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1543             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1544                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1545         ) {
1546                 /*
1547                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1548                  */
1549                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1550                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1551                 else
1552                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1553         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1554                 /*
1555                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1556                  * success, we must free the page and try again, thus
1557                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1558                  */
1559 #ifdef INVARIANTS
1560                 if (curthread->td_preempted) {
1561                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1562                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1563                         m = NULL;
1564                 } else {
1565                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1566                 }
1567 #else
1568                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1569 #endif
1570                 /*
1571                  * On success move the page into the free queue and loop.
1572                  */
1573                 if (m != NULL) {
1574                         KASSERT(m->dirty == 0,
1575                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1576                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1577                         vm_page_free(m);
1578                         goto loop;
1579                 }
1580
1581                 /*
1582                  * On failure return NULL
1583                  */
1584 #if defined(DIAGNOSTIC)
1585                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1586                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1587 #endif
1588                 vm_pageout_deficit++;
1589                 pagedaemon_wakeup();
1590                 return (NULL);
1591         } else {
1592                 /*
1593                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1594                  */
1595                 vm_pageout_deficit++;
1596                 pagedaemon_wakeup();
1597                 return (NULL);
1598         }
1599
1600         /*
1601          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1602          * page.
1603          */
1604         if (m == NULL)
1605                 goto loop;
1606
1607         /*
1608          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1609          * removed from its queues.
1610          */
1611         KASSERT(m->dirty == 0,
1612                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1613         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1614
1615 #if 0
1616 done:
1617 #endif
1618         /*
1619          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1620          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1621          */
1622         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1623         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1624         KKASSERT(m->busy == 0);
1625         m->act_count = 0;
1626         m->valid = 0;
1627
1628         /*
1629          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1630          * vm_page_insert()).
1631          *
1632          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1633          *       (which could cause us to block allocating memory).
1634          *
1635          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1636          *       can be used by the caller for any purpose.
1637          */
1638         if (object) {
1639                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1640                         kprintf("PAGE RACE (%p:%d,%"PRIu64")\n",
1641                                 object, object->type, pindex);
1642                         vm_page_free(m);
1643                         m = NULL;
1644                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1645                                 panic("PAGE RACE");
1646                 }
1647         } else {
1648                 m->pindex = pindex;
1649         }
1650
1651         /*
1652          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1653          * we would be nearly out of memory.
1654          */
1655         pagedaemon_wakeup();
1656
1657         /*
1658          * A PG_BUSY page is returned.
1659          */
1660         return (m);
1661 }
1662
1663 /*
1664  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1665  * requirements.
1666  */
1667 vm_page_t
1668 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1669                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1670                      unsigned long size)
1671 {
1672         alist_blk_t blk;
1673
1674         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1675         if (alignment == 0)
1676                 alignment = 1;
1677         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1678         if (boundary == 0)
1679                 boundary = 1;
1680         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1681
1682         spin_lock(&vm_contig_spin);
1683         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1684         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1685                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1686                 if (bootverbose) {
1687                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1688                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1689                 }
1690                 return(NULL);
1691         }
1692         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1693                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1694                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1695                 if (bootverbose) {
1696                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1697                                 "%016jx failed\n",
1698                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1699                                 (intmax_t)high);
1700                 }
1701                 return(NULL);
1702         }
1703         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1704         if (bootverbose) {
1705                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1706                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1707                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1708         }
1709         return (PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT));
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1714  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1715  */
1716 void
1717 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1718 {
1719         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1720         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1721         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1722
1723         if (bootverbose) {
1724                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1725                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1726         }
1727         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1728                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1729                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1730                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1731                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1732         } else {
1733                 while (pages) {
1734                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1735                         vm_page_unwire(m, 0);
1736                         vm_page_free(m);
1737                         --pages;
1738                         ++m;
1739                 }
1740
1741         }
1742 }
1743
1744
1745 /*
1746  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1747  * operations.
1748  */
1749 void
1750 vm_wait_nominal(void)
1751 {
1752         while (vm_page_count_min(0))
1753                 vm_wait(0);
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1758  */
1759 int
1760 vm_test_nominal(void)
1761 {
1762         if (vm_page_count_min(0))
1763                 return(1);
1764         return(0);
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1769  * places before memory allocations.
1770  *
1771  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1772  * more generous then that.
1773  */
1774 void
1775 vm_wait(int timo)
1776 {
1777         /*
1778          * never wait forever
1779          */
1780         if (timo == 0)
1781                 timo = hz;
1782         lwkt_gettoken(&vm_token);
1783
1784         if (curthread == pagethread) {
1785                 /*
1786                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1787                  */
1788                 if (vm_page_count_min(0)) {
1789                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1790                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1791                 }
1792         } else {
1793                 /*
1794                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1795                  */
1796                 if (vm_page_count_target()) {
1797                         if (vm_pages_needed == 0) {
1798                                 vm_pages_needed = 1;
1799                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1800                         }
1801                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1802                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1803                 }
1804         }
1805         lwkt_reltoken(&vm_token);
1806 }
1807
1808 /*
1809  * Block until free pages are available for allocation
1810  *
1811  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1812  * easily tracked.
1813  */
1814 void
1815 vm_waitpfault(void)
1816 {
1817         /*
1818          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1819          */
1820         if (vm_page_count_target()) {
1821                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1822                 if (vm_page_count_target()) {
1823                         if (vm_pages_needed == 0) {
1824                                 vm_pages_needed = 1;
1825                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1826                         }
1827                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1828                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1829                 }
1830                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1831         }
1832 }
1833
1834 /*
1835  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1836  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1837  *
1838  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1839  * This routine may not block.
1840  */
1841 void
1842 vm_page_activate(vm_page_t m)
1843 {
1844         u_short oqueue;
1845
1846         vm_page_spin_lock(m);
1847         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
1848                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1849                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1850                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1851
1852                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1853                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1854                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1855                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1856                                 m->act_count = ACT_INIT;
1857                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
1858                 }
1859                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1860                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1861                         pagedaemon_wakeup();
1862         } else {
1863                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1864                         m->act_count = ACT_INIT;
1865                 vm_page_spin_unlock(m);
1866         }
1867 }
1868
1869 /*
1870  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1871  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1872  * queues.
1873  *
1874  * This routine may not block.
1875  */
1876 static __inline void
1877 vm_page_free_wakeup(void)
1878 {
1879         /*
1880          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1881          * there are some free.
1882          */
1883         if (vm_pageout_pages_needed &&
1884             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1885             vmstats.v_pageout_free_min
1886         ) {
1887                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1888                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1889         }
1890
1891         /*
1892          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1893          *
1894          * NOTE: vm_paging_target() is the pageout daemon's target, while
1895          *       vm_page_count_target() is somewhere inbetween.  We want
1896          *       to wake processes up prior to the pageout daemon reaching
1897          *       its target to provide some hysteresis.
1898          */
1899         if (vm_pages_waiting) {
1900                 if (!vm_page_count_target()) {
1901                         /*
1902                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1903                          */
1904                         vm_pages_waiting = 0;
1905                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1906                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1907                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1908                         /*
1909                          * Some pages are free, wakeup someone.
1910                          */
1911                         int wcount = vm_pages_waiting;
1912                         if (wcount > 0)
1913                                 --wcount;
1914                         vm_pages_waiting = wcount;
1915                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1916                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1917                 }
1918         }
1919 }
1920
1921 /*
1922  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
1923  * it from its VM object.
1924  *
1925  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1926  * return (the page will have been freed).
1927  */
1928 void
1929 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1930 {
1931         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1932         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1933         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1934
1935         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1936                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
1937                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1938                         (u_long)m->pindex, m->busy,
1939                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
1940                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1941                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1942                 else
1943                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1944         }
1945
1946         /*
1947          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
1948          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
1949          * after this section (because the page was removed from any
1950          * queue).
1951          */
1952         vm_page_remove(m);
1953         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1954         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1955
1956         /*
1957          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1958          * and queue removal.
1959          */
1960         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1961                 vm_page_spin_unlock(m);
1962                 vm_page_wakeup(m);
1963                 return;
1964         }
1965
1966         m->valid = 0;
1967         vm_page_undirty(m);
1968
1969         if (m->wire_count != 0) {
1970                 if (m->wire_count > 1) {
1971                     panic(
1972                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1973                         m->wire_count, (long)m->pindex);
1974                 }
1975                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1976         }
1977
1978         /*
1979          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1980          */
1981         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1982                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
1983         }
1984
1985         if (m->hold_count != 0) {
1986                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1987                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
1988         } else {
1989                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
1990         }
1991
1992         /*
1993          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
1994          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
1995          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
1996          * deadlock.
1997          */
1998         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
1999         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2000                 vm_page_spin_unlock(m);
2001                 wakeup(m);
2002         } else {
2003                 vm_page_spin_unlock(m);
2004         }
2005         vm_page_free_wakeup();
2006 }
2007
2008 /*
2009  * vm_page_free_fromq_fast()
2010  *
2011  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
2012  * zeroing, so do not issue a wakeup.
2013  */
2014 vm_page_t
2015 vm_page_free_fromq_fast(void)
2016 {
2017         static int qi;
2018         vm_page_t m;
2019         int i;
2020
2021         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
2022                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
2023                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
2024                 if (m) {
2025                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2026                                 /*
2027                                  * We were unable to busy the page, deactivate
2028                                  * it and loop.
2029                                  */
2030                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2031                                 vm_page_spin_unlock(m);
2032                         } else if (m->flags & PG_ZERO) {
2033                                 /*
2034                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
2035                                  */
2036                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2037                                                               PQ_FREE + m->pc,
2038                                                               0);
2039                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
2040                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2041                                         vm_page_spin_unlock(m);
2042                                         wakeup(m);
2043                                 } else {
2044                                         vm_page_spin_unlock(m);
2045                                 }
2046                         } else {
2047                                 /*
2048                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
2049                                  */
2050                                 vm_page_spin_unlock(m);
2051                                 KKASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0);
2052                                 KKASSERT(m->hold_count == 0);
2053                                 KKASSERT(m->wire_count == 0);
2054                                 break;
2055                         }
2056                         m = NULL;
2057                 }
2058                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
2059         }
2060         return (m);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * vm_page_unmanage()
2065  *
2066  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2067  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2068  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2069  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2070  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2071  * operate on the page.
2072  *
2073  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2074  * will clear the flag.
2075  *
2076  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2077  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2078  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2079  * mappings.
2080  *
2081  * Caller must be holding the page busy.
2082  */
2083 void
2084 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2085 {
2086         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2087         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2088                 if (m->wire_count == 0)
2089                         vm_page_unqueue(m);
2090         }
2091         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2092 }
2093
2094 /*
2095  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2096  * paging queues as necessary.
2097  *
2098  * Caller must be holding the page busy.
2099  */
2100 void
2101 vm_page_wire(vm_page_t m)
2102 {
2103         /*
2104          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2105          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2106          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2107          * pages because they are always wired.
2108          */
2109         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2110         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2111                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2112                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2113                                 vm_page_unqueue(m);
2114                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2115                 }
2116                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2117                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2118         }
2119 }
2120
2121 /*
2122  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2123  *
2124  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2125  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2126  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2127  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2128  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2129  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2130  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2131  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2132  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2133  * reused more quickly.
2134  *
2135  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2136  * put clean pages on the cache queue.
2137  *
2138  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2139  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2140  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2141  * dirty pages in the cache are not allowed.
2142  *
2143  * The page queues must be locked.
2144  * This routine may not block.
2145  */
2146 void
2147 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2148 {
2149         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2150         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2151                 /* do nothing */
2152         } else if (m->wire_count <= 0) {
2153                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2154         } else {
2155                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2156                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2157                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2158                                 ;
2159                         } else if (activate) {
2160                                 vm_page_spin_lock(m);
2161                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2162                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2163                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2164                         } else {
2165                                 vm_page_spin_lock(m);
2166                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2167                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2168                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2169                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2170                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2171                         }
2172                 }
2173         }
2174 }
2175
2176 /*
2177  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2178  * any associated swap, the swap is deallocated.
2179  *
2180  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2181  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2182  * except without unmapping it from the process address space.
2183  *
2184  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2185  * This routine may not block.
2186  */
2187 static void
2188 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2189 {
2190         u_short oqueue;
2191
2192         /*
2193          * Ignore if already inactive.
2194          */
2195         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2196                 return;
2197         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2198         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2199
2200         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2201                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2202                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2203                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2204                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2205                 if (athead == 0)
2206                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2207         }
2208         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2209         /* leaves vm_page spinlocked */
2210 }
2211
2212 /*
2213  * Attempt to deactivate a page.
2214  *
2215  * No requirements.
2216  */
2217 void
2218 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2219 {
2220         vm_page_spin_lock(m);
2221         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2222         vm_page_spin_unlock(m);
2223 }
2224
2225 void
2226 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2227 {
2228         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2229 }
2230
2231 /*
2232  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2233  *
2234  * Returns 0 on failure, 1 on success
2235  *
2236  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2237  * whether the page can be safely moved to the cache.
2238  */
2239 int
2240 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2241 {
2242         vm_page_spin_lock(m);
2243         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2244                 vm_page_spin_unlock(m);
2245                 return(0);
2246         }
2247         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2248             (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
2249                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2250                         vm_page_spin_unlock(m);
2251                         wakeup(m);
2252                 } else {
2253                         vm_page_spin_unlock(m);
2254                 }
2255                 return(0);
2256         }
2257         vm_page_spin_unlock(m);
2258
2259         /*
2260          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2261          * be moved to the cache.
2262          */
2263         vm_page_test_dirty(m);
2264         if (m->dirty) {
2265                 vm_page_wakeup(m);
2266                 return(0);
2267         }
2268         vm_page_cache(m);
2269         return(1);
2270 }
2271
2272 /*
2273  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2274  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2275  *
2276  * No requirements.
2277  */
2278 int
2279 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2280 {
2281         vm_page_spin_lock(m);
2282         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2283                 vm_page_spin_unlock(m);
2284                 return(0);
2285         }
2286         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2287             (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
2288                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2289                         vm_page_spin_unlock(m);
2290                         wakeup(m);
2291                 } else {
2292                         vm_page_spin_unlock(m);
2293                 }
2294                 return(0);
2295         }
2296         vm_page_spin_unlock(m);
2297
2298         /*
2299          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2300          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2301          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2302          */
2303         vm_page_test_dirty(m);
2304         if (m->dirty) {
2305                 vm_page_wakeup(m);
2306                 return(0);
2307         }
2308         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2309         if (m->dirty) {
2310                 vm_page_wakeup(m);
2311                 return(0);
2312         }
2313         vm_page_free(m);
2314         return(1);
2315 }
2316
2317 /*
2318  * vm_page_cache
2319  *
2320  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2321  *
2322  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2323  * possibly even free the page.
2324  */
2325 void
2326 vm_page_cache(vm_page_t m)
2327 {
2328         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || m->busy ||
2329             m->wire_count || m->hold_count) {
2330                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2331                 vm_page_wakeup(m);
2332                 return;
2333         }
2334
2335         /*
2336          * Already in the cache (and thus not mapped)
2337          */
2338         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2339                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2340                 vm_page_wakeup(m);
2341                 return;
2342         }
2343
2344         /*
2345          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2346          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2347          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2348          */
2349         if (m->dirty) {
2350                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2351                         (long)m->pindex);
2352         }
2353
2354         /*
2355          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2356          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2357          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2358          * everything.
2359          */
2360         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2361         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED|PG_MAPPED)) || m->busy ||
2362                         m->wire_count || m->hold_count) {
2363                 vm_page_wakeup(m);
2364         } else if (m->dirty) {
2365                 vm_page_deactivate(m);
2366                 vm_page_wakeup(m);
2367         } else {
2368                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2369                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2370                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2371                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2372                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2373                         vm_page_spin_unlock(m);
2374                         wakeup(m);
2375                 } else {
2376                         vm_page_spin_unlock(m);
2377                 }
2378                 vm_page_free_wakeup();
2379         }
2380 }
2381
2382 /*
2383  * vm_page_dontneed()
2384  *
2385  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2386  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2387  *
2388  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2389  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2390  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2391  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2392  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2393  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2394  *
2395  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2396  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2397  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2398  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2399  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2400  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2401  * often.
2402  *
2403  * The page must be busied.
2404  */
2405 void
2406 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2407 {
2408         static int dnweight;
2409         int dnw;
2410         int head;
2411
2412         dnw = ++dnweight;
2413
2414         /*
2415          * occassionally leave the page alone
2416          */
2417         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2418             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2419             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2420         ) {
2421                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2422                         --m->act_count;
2423                 return;
2424         }
2425
2426         /*
2427          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2428          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2429          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2430          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2431          */
2432         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2433         pmap_clear_reference(m);
2434
2435         if (m->dirty == 0)
2436                 vm_page_test_dirty(m);
2437
2438         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2439                 /*
2440                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2441                  */
2442                 head = 0;
2443         } else {
2444                 /*
2445                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2446                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2447                  * at the head of the queue instead of the tail.
2448                  */
2449                 head = 1;
2450         }
2451         vm_page_spin_lock(m);
2452         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2453         vm_page_spin_unlock(m);
2454 }
2455
2456 /*
2457  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2458  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2459  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2460  * write can still be mapped read-only.
2461  *
2462  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2463  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2464  * busy bit is cleared.
2465  */
2466 void
2467 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2468 {
2469         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2470         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2471         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2472 }
2473
2474 void
2475 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2476 {
2477         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2478         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2479         if (m->busy == 0)
2480                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2485  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2486  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2487  * the page).
2488  *
2489  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2490  * page will be zero'd and marked valid.
2491  *
2492  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2493  * valid even if it already exists.
2494  *
2495  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2496  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2497  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2498  *
2499  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2500  * always returned if we had blocked.  
2501  *
2502  * This routine may not be called from an interrupt.
2503  *
2504  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2505  *
2506  * No other requirements.
2507  */
2508 vm_page_t
2509 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2510 {
2511         vm_page_t m;
2512         int error;
2513
2514         KKASSERT(allocflags &
2515                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2516         vm_object_hold(object);
2517         for (;;) {
2518                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2519                 if (error) {
2520                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2521                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2522                                 m = NULL;
2523                                 break;
2524                         }
2525                         /* retry */
2526                 } else if (m == NULL) {
2527                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2528                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2529                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2530                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2531                         if (m)
2532                                 break;
2533                         vm_wait(0);
2534                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2535                                 goto failed;
2536                 } else {
2537                         /* m found */
2538                         break;
2539                 }
2540         }
2541
2542         /*
2543          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2544          *
2545          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2546          * valid even if already valid.
2547          */
2548         if (m->valid == 0) {
2549                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2550                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2551                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2552                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2553                 }
2554         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2555                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2556                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2557         }
2558         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2559 failed:
2560         vm_object_drop(object);
2561         return(m);
2562 }
2563
2564 /*
2565  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2566  * a page.  May not block.
2567  *
2568  * Inputs are required to range within a page.
2569  *
2570  * No requirements.
2571  * Non blocking.
2572  */
2573 int
2574 vm_page_bits(int base, int size)
2575 {
2576         int first_bit;
2577         int last_bit;
2578
2579         KASSERT(
2580             base + size <= PAGE_SIZE,
2581             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2582         );
2583
2584         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2585                 return(0);
2586
2587         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2588         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2589
2590         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2591 }
2592
2593 /*
2594  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2595  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2596  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2597  * such chunks will be zero'd.
2598  *
2599  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2600  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2601  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2602  *       lost.
2603  *
2604  * This routine may not block.
2605  *
2606  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2607  */
2608 static void
2609 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2610 {
2611         int frag;
2612         int endoff;
2613
2614         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2615                 return;
2616
2617         /*
2618          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2619          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2620          * first block.
2621          */
2622
2623         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2624             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2625         ) {
2626                 pmap_zero_page_area(
2627                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2628                     frag,
2629                     base - frag
2630                 );
2631         }
2632
2633         /*
2634          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2635          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2636          * the last block.
2637          */
2638
2639         endoff = base + size;
2640
2641         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2642             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2643         ) {
2644                 pmap_zero_page_area(
2645                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2646                     endoff,
2647                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2648                 );
2649         }
2650 }
2651
2652 /*
2653  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2654  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2655  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2656  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2657  * be set again.
2658  *
2659  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2660  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2661  * the range.
2662  *
2663  * Page must be busied?
2664  * No other requirements.
2665  */
2666 void
2667 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2668 {
2669         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2670         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2671 }
2672
2673
2674 /*
2675  * Set valid bits and clear dirty bits.
2676  *
2677  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2678  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2679  *       and size.
2680  *
2681  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2682  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2683  *          So for now vm_token must also be held.
2684  *
2685  * No other requirements.
2686  */
2687 void
2688 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2689 {
2690         int pagebits;
2691
2692         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2693         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2694         m->valid |= pagebits;
2695         m->dirty &= ~pagebits;
2696         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2697                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2698                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2699         }
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2704  *
2705  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2706  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2707  *          be held.
2708  *
2709  * No other requirements.
2710  */
2711 void
2712 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2713 {
2714         int pagebits;
2715
2716         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2717         m->valid |= pagebits;
2718         m->dirty |= pagebits;
2719         if (m->object)
2720                 vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2721 }
2722
2723 /*
2724  * Clear dirty bits.
2725  *
2726  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2727  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2728  *       and size.
2729  *
2730  * Page must be busied?
2731  * No other requirements.
2732  */
2733 void
2734 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2735 {
2736         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2737         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2738                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2739                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2740         }
2741 }
2742
2743 /*
2744  * Make the page all-dirty.
2745  *
2746  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2747  * object may now contain a dirty page.
2748  *
2749  * Page must be busied?
2750  * No other requirements.
2751  */
2752 void
2753 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2754 {
2755 #ifdef INVARIANTS
2756         int pqtype = m->queue - m->pc;
2757 #endif
2758         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2759                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2760         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2761                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2762                 if (m->object)
2763                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2764         }
2765 }
2766
2767 /*
2768  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2769  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2770  *
2771  * Page must be busied?
2772  * Does not block.
2773  * No other requirements.
2774  */
2775 void
2776 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2777 {
2778         int bits;
2779
2780         bits = vm_page_bits(base, size);
2781         m->valid &= ~bits;
2782         m->dirty &= ~bits;
2783         m->object->generation++;
2784 }
2785
2786 /*
2787  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2788  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2789  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2790  * page so user code sees what it expects.
2791  *
2792  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2793  * into memory and the file's size is not page aligned.
2794  *
2795  * Page must be busied?
2796  * No other requirements.
2797  */
2798 void
2799 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2800 {
2801         int b;
2802         int i;
2803
2804         /*
2805          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2806          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2807          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2808          * vm_page_set_validclean().
2809          */
2810         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2811                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2812                     (m->valid & (1 << i))
2813                 ) {
2814                         if (i > b) {
2815                                 pmap_zero_page_area(
2816                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2817                                     b << DEV_BSHIFT,
2818                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2819                                 );
2820                         }
2821                         b = i + 1;
2822                 }
2823         }
2824
2825         /*
2826          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2827          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2828          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2829          */
2830         if (setvalid)
2831                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2836  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2837  * invalid, and TRUE otherwise.
2838  *
2839  * Does not block.
2840  * No other requirements.
2841  */
2842 int
2843 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2844 {
2845         int bits = vm_page_bits(base, size);
2846
2847         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2848                 return 1;
2849         else
2850                 return 0;
2851 }
2852
2853 /*
2854  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2855  *
2856  * Caller must hold the page busy
2857  */
2858 void
2859 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2860 {
2861         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2862                 vm_page_dirty(m);
2863         }
2864 }
2865
2866 /*
2867  * Register an action, associating it with its vm_page
2868  */
2869 void
2870 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2871 {
2872         struct vm_page_action_list *list;
2873         int hv;
2874
2875         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2876         list = &action_list[hv];
2877
2878         lwkt_gettoken(&vm_token);
2879         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2880         action->event = event;
2881         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2882         lwkt_reltoken(&vm_token);
2883 }
2884
2885 /*
2886  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
2887  */
2888 void
2889 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
2890 {
2891         struct vm_page_action_list *list;
2892         int hv;
2893
2894         lwkt_gettoken(&vm_token);
2895         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
2896                 action->event = VMEVENT_NONE;
2897                 LIST_REMOVE(action, entry);
2898
2899                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2900                 list = &action_list[hv];
2901                 if (LIST_EMPTY(list))
2902                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
2903         }
2904         lwkt_reltoken(&vm_token);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
2909  * removed from the page's list and called.
2910  *
2911  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
2912  * PG_ACTIONLIST flag.
2913  */
2914 void
2915 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
2916 {
2917         struct vm_page_action_list *list;
2918         struct vm_page_action *scan;
2919         struct vm_page_action *next;
2920         int hv;
2921         int all;
2922
2923         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2924         list = &action_list[hv];
2925         all = 1;
2926
2927         lwkt_gettoken(&vm_token);
2928         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
2929                 if (scan->m == m) {
2930                         if (scan->event == event) {
2931                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
2932                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
2933                                 scan->func(m, scan);
2934                                 /* XXX */
2935                         } else {
2936                                 all = 0;
2937                         }
2938                 }
2939         }
2940         if (all)
2941                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
2942         lwkt_reltoken(&vm_token);
2943 }
2944
2945 #include "opt_ddb.h"
2946 #ifdef DDB
2947 #include <sys/kernel.h>
2948
2949 #include <ddb/ddb.h>
2950
2951 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2952 {
2953         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
2954         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
2955         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
2956         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
2957         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
2958         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
2959         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
2960         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
2961         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
2962         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
2963 }
2964
2965 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2966 {
2967         int i;
2968         db_printf("PQ_FREE:");
2969         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2970                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
2971         }
2972         db_printf("\n");
2973                 
2974         db_printf("PQ_CACHE:");
2975         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2976                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
2977         }
2978         db_printf("\n");
2979
2980         db_printf("PQ_ACTIVE:");
2981         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2982                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
2983         }
2984         db_printf("\n");
2985
2986         db_printf("PQ_INACTIVE:");
2987         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
2988                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
2989         }
2990         db_printf("\n");
2991 }
2992 #endif /* DDB */