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