PAT work, mapdev_attr, kmem_alloc_attr
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
35  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_page.c,v 1.147.2.18 2002/03/10 05:03:19 alc Exp $
36  */
37
38 /*
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64 /*
65  * Resident memory management module.  The module manipulates 'VM pages'.
66  * A VM page is the core building block for memory management.
67  */
68
69 #include <sys/param.h>
70 #include <sys/systm.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/proc.h>
73 #include <sys/vmmeter.h>
74 #include <sys/vnode.h>
75 #include <sys/kernel.h>
76 #include <sys/alist.h>
77 #include <sys/sysctl.h>
78
79 #include <vm/vm.h>
80 #include <vm/vm_param.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <vm/vm_kern.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_pager.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/swap_pager.h>
91
92 #include <machine/inttypes.h>
93 #include <machine/md_var.h>
94 #include <machine/specialreg.h>
95
96 #include <vm/vm_page2.h>
97 #include <sys/spinlock2.h>
98
99 #define VMACTION_HSIZE  256
100 #define VMACTION_HMASK  (VMACTION_HSIZE - 1)
101
102 static void vm_page_queue_init(void);
103 static void vm_page_free_wakeup(void);
104 static vm_page_t vm_page_select_cache(u_short pg_color);
105 static vm_page_t _vm_page_list_find2(int basequeue, int index);
106 static void _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead);
107
108 /*
109  * Array of tailq lists
110  */
111 __cachealign struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
112
113 LIST_HEAD(vm_page_action_list, vm_page_action);
114 struct vm_page_action_list      action_list[VMACTION_HSIZE];
115 static volatile int vm_pages_waiting;
116
117 static struct alist vm_contig_alist;
118 static struct almeta vm_contig_ameta[ALIST_RECORDS_65536];
119 static struct spinlock vm_contig_spin = SPINLOCK_INITIALIZER(&vm_contig_spin);
120
121 static u_long vm_dma_reserved = 0;
122 TUNABLE_ULONG("vm.dma_reserved", &vm_dma_reserved);
123 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, dma_reserved, CTLFLAG_RD, &vm_dma_reserved, 0,
124             "Memory reserved for DMA");
125 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, dma_free_pages, CTLFLAG_RD,
126             &vm_contig_alist.bl_free, 0, "Memory reserved for DMA");
127
128 static int vm_contig_verbose = 0;
129 TUNABLE_INT("vm.contig_verbose", &vm_contig_verbose);
130
131 RB_GENERATE2(vm_page_rb_tree, vm_page, rb_entry, rb_vm_page_compare,
132              vm_pindex_t, pindex);
133
134 static void
135 vm_page_queue_init(void) 
136 {
137         int i;
138
139         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
140                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &vmstats.v_free_count;
141         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
142                 vm_page_queues[PQ_CACHE+i].cnt = &vmstats.v_cache_count;
143         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
144                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_inactive_count;
145         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
146                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
147         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++)
148                 vm_page_queues[PQ_HOLD+i].cnt = &vmstats.v_active_count;
149         /* PQ_NONE has no queue */
150
151         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
152                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
153                 spin_init(&vm_page_queues[i].spin);
154         }
155
156         for (i = 0; i < VMACTION_HSIZE; i++)
157                 LIST_INIT(&action_list[i]);
158 }
159
160 /*
161  * note: place in initialized data section?  Is this necessary?
162  */
163 long first_page = 0;
164 int vm_page_array_size = 0;
165 int vm_page_zero_count = 0;
166 vm_page_t vm_page_array = NULL;
167 vm_paddr_t vm_low_phys_reserved;
168
169 /*
170  * (low level boot)
171  *
172  * Sets the page size, perhaps based upon the memory size.
173  * Must be called before any use of page-size dependent functions.
174  */
175 void
176 vm_set_page_size(void)
177 {
178         if (vmstats.v_page_size == 0)
179                 vmstats.v_page_size = PAGE_SIZE;
180         if (((vmstats.v_page_size - 1) & vmstats.v_page_size) != 0)
181                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
182 }
183
184 /*
185  * (low level boot)
186  *
187  * Add a new page to the freelist for use by the system.  New pages
188  * are added to both the head and tail of the associated free page
189  * queue in a bottom-up fashion, so both zero'd and non-zero'd page
190  * requests pull 'recent' adds (higher physical addresses) first.
191  *
192  * Beware that the page zeroing daemon will also be running soon after
193  * boot, moving pages from the head to the tail of the PQ_FREE queues.
194  *
195  * Must be called in a critical section.
196  */
197 static void
198 vm_add_new_page(vm_paddr_t pa)
199 {
200         struct vpgqueues *vpq;
201         vm_page_t m;
202
203         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
204         m->phys_addr = pa;
205         m->flags = 0;
206         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_L2_MASK;
207         m->pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
208         /*
209          * Twist for cpu localization in addition to page coloring, so
210          * different cpus selecting by m->queue get different page colors.
211          */
212         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / PQ_L2_SIZE) & PQ_L2_MASK;
213         m->pc ^= ((pa >> PAGE_SHIFT) / (PQ_L2_SIZE * PQ_L2_SIZE)) & PQ_L2_MASK;
214         /*
215          * Reserve a certain number of contiguous low memory pages for
216          * contigmalloc() to use.
217          */
218         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
219                 atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
220                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, 1);
221                 m->queue = PQ_NONE;
222                 m->wire_count = 1;
223                 atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
224                 alist_free(&vm_contig_alist, pa >> PAGE_SHIFT, 1);
225                 return;
226         }
227
228         /*
229          * General page
230          */
231         m->queue = m->pc + PQ_FREE;
232         KKASSERT(m->dirty == 0);
233
234         atomic_add_int(&vmstats.v_page_count, 1);
235         atomic_add_int(&vmstats.v_free_count, 1);
236         vpq = &vm_page_queues[m->queue];
237         if ((vpq->flipflop & 15) == 0) {
238                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
239                 m->flags |= PG_ZERO;
240                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
241                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
242         } else {
243                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vpq->pl, m, pageq);
244         }
245         ++vpq->flipflop;
246         ++vpq->lcnt;
247 }
248
249 /*
250  * (low level boot)
251  *
252  * Initializes the resident memory module.
253  *
254  * Preallocates memory for critical VM structures and arrays prior to
255  * kernel_map becoming available.
256  *
257  * Memory is allocated from (virtual2_start, virtual2_end) if available,
258  * otherwise memory is allocated from (virtual_start, virtual_end).
259  *
260  * On x86-64 (virtual_start, virtual_end) is only 2GB and may not be
261  * large enough to hold vm_page_array & other structures for machines with
262  * large amounts of ram, so we want to use virtual2* when available.
263  */
264 void
265 vm_page_startup(void)
266 {
267         vm_offset_t vaddr = virtual2_start ? virtual2_start : virtual_start;
268         vm_offset_t mapped;
269         vm_size_t npages;
270         vm_paddr_t page_range;
271         vm_paddr_t new_end;
272         int i;
273         vm_paddr_t pa;
274         int nblocks;
275         vm_paddr_t last_pa;
276         vm_paddr_t end;
277         vm_paddr_t biggestone, biggestsize;
278         vm_paddr_t total;
279
280         total = 0;
281         biggestsize = 0;
282         biggestone = 0;
283         nblocks = 0;
284         vaddr = round_page(vaddr);
285
286         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
287                 phys_avail[i] = round_page64(phys_avail[i]);
288                 phys_avail[i + 1] = trunc_page64(phys_avail[i + 1]);
289         }
290
291         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
292                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
293
294                 if (size > biggestsize) {
295                         biggestone = i;
296                         biggestsize = size;
297                 }
298                 ++nblocks;
299                 total += size;
300         }
301
302         end = phys_avail[biggestone+1];
303         end = trunc_page(end);
304
305         /*
306          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
307          * and the inactive queue.
308          */
309         vm_page_queue_init();
310
311 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
312         /*
313          * VKERNELs don't support minidumps and as such don't need
314          * vm_page_dump
315          *
316          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
317          * needs to be included in a minidump.
318          *
319          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
320          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
321          *
322          * However, i386 still needs this workspace internally within the
323          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
324          * included should the sf_buf code decide to use them.
325          */
326         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
327         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
328         end -= vm_page_dump_size;
329         vm_page_dump = (void *)pmap_map(&vaddr, end, end + vm_page_dump_size,
330             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
331         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
332 #endif
333         /*
334          * Compute the number of pages of memory that will be available for
335          * use (taking into account the overhead of a page structure per
336          * page).
337          */
338         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
339         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
340         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page))) / PAGE_SIZE;
341
342 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
343         /*
344          * (only applies to real kernels)
345          *
346          * Initialize the contiguous reserve map.  We initially reserve up
347          * to 1/4 available physical memory or 65536 pages (~256MB), whichever
348          * is lower.
349          *
350          * Once device initialization is complete we return most of the
351          * reserved memory back to the normal page queues but leave some
352          * in reserve for things like usb attachments.
353          */
354         vm_low_phys_reserved = (vm_paddr_t)65536 << PAGE_SHIFT;
355         if (vm_low_phys_reserved > total / 4)
356                 vm_low_phys_reserved = total / 4;
357         if (vm_dma_reserved == 0) {
358                 vm_dma_reserved = 16 * 1024 * 1024;     /* 16MB */
359                 if (vm_dma_reserved > total / 16)
360                         vm_dma_reserved = total / 16;
361         }
362 #endif
363         alist_init(&vm_contig_alist, 65536, vm_contig_ameta,
364                    ALIST_RECORDS_65536);
365
366         /*
367          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
368          * queue.
369          */
370         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
371         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
372         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
373
374 #if defined(__x86_64__) && !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
375         /*
376          * since pmap_map on amd64 returns stuff out of a direct-map region,
377          * we have to manually add these pages to the minidump tracking so
378          * that they can be dumped, including the vm_page_array.
379          */
380         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
381                 dump_add_page(pa);
382 #endif
383
384         /*
385          * Clear all of the page structures
386          */
387         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
388         vm_page_array_size = page_range;
389
390         /*
391          * Construct the free queue(s) in ascending order (by physical
392          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
393          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
394          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
395          */
396         vmstats.v_page_count = 0;
397         vmstats.v_free_count = 0;
398         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
399                 pa = phys_avail[i];
400                 if (i == biggestone)
401                         last_pa = new_end;
402                 else
403                         last_pa = phys_avail[i + 1];
404                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
405                         vm_add_new_page(pa);
406                         pa += PAGE_SIZE;
407                 }
408         }
409         if (virtual2_start)
410                 virtual2_start = vaddr;
411         else
412                 virtual_start = vaddr;
413 }
414
415 /*
416  * We tended to reserve a ton of memory for contigmalloc().  Now that most
417  * drivers have initialized we want to return most the remaining free
418  * reserve back to the VM page queues so they can be used for normal
419  * allocations.
420  *
421  * We leave vm_dma_reserved bytes worth of free pages in the reserve pool.
422  */
423 static void
424 vm_page_startup_finish(void *dummy __unused)
425 {
426         alist_blk_t blk;
427         alist_blk_t rblk;
428         alist_blk_t count;
429         alist_blk_t xcount;
430         alist_blk_t bfree;
431         vm_page_t m;
432
433         spin_lock(&vm_contig_spin);
434         for (;;) {
435                 bfree = alist_free_info(&vm_contig_alist, &blk, &count);
436                 if (bfree <= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE)
437                         break;
438                 if (count == 0)
439                         break;
440
441                 /*
442                  * Figure out how much of the initial reserve we have to
443                  * free in order to reach our target.
444                  */
445                 bfree -= vm_dma_reserved / PAGE_SIZE;
446                 if (count > bfree) {
447                         blk += count - bfree;
448                         count = bfree;
449                 }
450
451                 /*
452                  * Calculate the nearest power of 2 <= count.
453                  */
454                 for (xcount = 1; xcount <= count; xcount <<= 1)
455                         ;
456                 xcount >>= 1;
457                 blk += count - xcount;
458                 count = xcount;
459
460                 /*
461                  * Allocate the pages from the alist, then free them to
462                  * the normal VM page queues.
463                  *
464                  * Pages allocated from the alist are wired.  We have to
465                  * busy, unwire, and free them.  We must also adjust
466                  * vm_low_phys_reserved before freeing any pages to prevent
467                  * confusion.
468                  */
469                 rblk = alist_alloc(&vm_contig_alist, blk, count);
470                 if (rblk != blk) {
471                         kprintf("vm_page_startup_finish: Unable to return "
472                                 "dma space @0x%08x/%d -> 0x%08x\n",
473                                 blk, count, rblk);
474                         break;
475                 }
476                 atomic_add_int(&vmstats.v_dma_pages, -count);
477                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
478
479                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
480                 vm_low_phys_reserved = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
481                 while (count) {
482                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
483                         vm_page_unwire(m, 0);
484                         vm_page_free(m);
485                         --count;
486                         ++m;
487                 }
488                 spin_lock(&vm_contig_spin);
489         }
490         spin_unlock(&vm_contig_spin);
491
492         /*
493          * Print out how much DMA space drivers have already allocated and
494          * how much is left over.
495          */
496         kprintf("DMA space used: %jdk, remaining available: %jdk\n",
497                 (intmax_t)(vmstats.v_dma_pages - vm_contig_alist.bl_free) *
498                 (PAGE_SIZE / 1024),
499                 (intmax_t)vm_contig_alist.bl_free * (PAGE_SIZE / 1024));
500 }
501 SYSINIT(vm_pgend, SI_SUB_PROC0_POST, SI_ORDER_ANY,
502         vm_page_startup_finish, NULL)
503
504
505 /*
506  * Scan comparison function for Red-Black tree scans.  An inclusive
507  * (start,end) is expected.  Other fields are not used.
508  */
509 int
510 rb_vm_page_scancmp(struct vm_page *p, void *data)
511 {
512         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
513
514         if (p->pindex < info->start_pindex)
515                 return(-1);
516         if (p->pindex > info->end_pindex)
517                 return(1);
518         return(0);
519 }
520
521 int
522 rb_vm_page_compare(struct vm_page *p1, struct vm_page *p2)
523 {
524         if (p1->pindex < p2->pindex)
525                 return(-1);
526         if (p1->pindex > p2->pindex)
527                 return(1);
528         return(0);
529 }
530
531 /*
532  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
533  * allocating and freeing pages at least.
534  *
535  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
536  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
537  * unless both the page and queue are locked.
538  */
539 static __inline
540 void
541 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
542 {
543         u_short queue;
544
545         queue = m->queue;
546         if (queue != PQ_NONE) {
547                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
548                 KKASSERT(queue == m->queue);
549         }
550 }
551
552 static __inline
553 void
554 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
555 {
556         u_short queue;
557
558         queue = m->queue;
559         cpu_ccfence();
560         if (queue != PQ_NONE)
561                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
562 }
563
564 static __inline
565 void
566 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
567 {
568         cpu_ccfence();
569         if (queue != PQ_NONE)
570                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
571 }
572
573
574 static __inline
575 void
576 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
577 {
578         cpu_ccfence();
579         if (queue != PQ_NONE)
580                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
581 }
582
583 void
584 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
585 {
586         _vm_page_queue_spin_lock(m);
587 }
588
589 void
590 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
591 {
592         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
593 }
594
595 void
596 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
597 {
598         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
599 }
600
601 void
602 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
603 {
604         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
605 }
606
607 /*
608  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
609  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
610  * recheck on return.
611  */
612 static __inline
613 void
614 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
615 {
616         vm_page_spin_lock(m);
617         _vm_page_queue_spin_lock(m);
618 }
619
620 static __inline
621 void
622 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
623 {
624         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
625         vm_page_spin_unlock(m);
626 }
627
628 void
629 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
630 {
631         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
632 }
633
634 void
635 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
636 {
637         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
638 }
639
640 /*
641  * Helper function removes vm_page from its current queue.
642  * Returns the base queue the page used to be on.
643  *
644  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
645  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
646  */
647 static __inline u_short
648 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
649 {
650         struct vpgqueues *pq;
651         u_short queue;
652
653         queue = m->queue;
654         if (queue != PQ_NONE) {
655                 pq = &vm_page_queues[queue];
656                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
657                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
658                 pq->lcnt--;
659                 m->queue = PQ_NONE;
660                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
661                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
662                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
663                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
664                         return (queue - m->pc);
665         }
666         return queue;
667 }
668
669 /*
670  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
671  *
672  * The vm_page must be spinlocked.
673  * This function will return with both the page and the queue locked.
674  */
675 static __inline void
676 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
677 {
678         struct vpgqueues *pq;
679
680         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
681
682         if (queue != PQ_NONE) {
683                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
684                 pq = &vm_page_queues[queue];
685                 ++pq->lcnt;
686                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
687                 m->queue = queue;
688
689                 /*
690                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
691                  * first ) and non-zerod pages at the head.
692                  */
693                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
694                         if (m->flags & PG_ZERO) {
695                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
696                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
697                         } else {
698                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
699                         }
700                 } else if (athead) {
701                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
702                 } else {
703                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
704                 }
705                 /* leave the queue spinlocked */
706         }
707 }
708
709 /*
710  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
711  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
712  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
713  *
714  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
715  * guaranteed to be available.
716  */
717 void
718 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
719 {
720         u_int32_t flags;
721
722         for (;;) {
723                 flags = m->flags;
724                 cpu_ccfence();
725
726                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
727                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
728                         break;
729                 }
730                 tsleep_interlock(m, 0);
731                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
732                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
733                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
734                         break;
735                 }
736         }
737 }
738
739 /*
740  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
741  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
742  */
743 void
744 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
745                                      int also_m_busy, const char *msg
746                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
747 {
748         u_int32_t flags;
749
750         for (;;) {
751                 flags = m->flags;
752                 cpu_ccfence();
753                 if (flags & PG_BUSY) {
754                         tsleep_interlock(m, 0);
755                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
756                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
757                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
758                         }
759                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
760                         tsleep_interlock(m, 0);
761                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
762                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
763                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
764                         }
765                 } else {
766                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
767                                               flags | PG_BUSY)) {
768 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
769                                 m->busy_func = func;
770                                 m->busy_line = lineno;
771 #endif
772                                 break;
773                         }
774                 }
775         }
776 }
777
778 /*
779  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
780  * is also 0.
781  *
782  * Returns non-zero on failure.
783  */
784 int
785 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
786                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
787 {
788         u_int32_t flags;
789
790         for (;;) {
791                 flags = m->flags;
792                 cpu_ccfence();
793                 if (flags & PG_BUSY)
794                         return TRUE;
795                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
796                         return TRUE;
797                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
798 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
799                                 m->busy_func = func;
800                                 m->busy_line = lineno;
801 #endif
802                         return FALSE;
803                 }
804         }
805 }
806
807 /*
808  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
809  * that a wakeup() should be performed.
810  *
811  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
812  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
813  *
814  * (inline version)
815  */
816 static __inline
817 int
818 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
819 {
820         u_int32_t flags;
821
822         for (;;) {
823                 flags = m->flags;
824                 cpu_ccfence();
825                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
826                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
827                         break;
828                 }
829         }
830         return(flags & PG_WANTED);
831 }
832
833 /*
834  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
835  * is typically the last call you make on a page before moving onto
836  * other things.
837  */
838 void
839 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
840 {
841         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
842         vm_page_spin_lock(m);
843         if (_vm_page_wakeup(m)) {
844                 vm_page_spin_unlock(m);
845                 wakeup(m);
846         } else {
847                 vm_page_spin_unlock(m);
848         }
849 }
850
851 /*
852  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
853  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
854  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
855  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
856  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
857  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
858  * page from being disassociated from its object too).
859  *
860  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
861  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
862  * before manipulating the page.
863  *
864  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
865  */
866 void
867 vm_page_hold(vm_page_t m)
868 {
869         vm_page_spin_lock(m);
870         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
871         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
872                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
873                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
874                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
875                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
876         }
877         vm_page_spin_unlock(m);
878 }
879
880 /*
881  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
882  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
883  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
884  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
885  */
886 void
887 vm_page_unhold(vm_page_t m)
888 {
889         vm_page_spin_lock(m);
890         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
891         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
892                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
893                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
894                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
895                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
896         }
897         vm_page_spin_unlock(m);
898 }
899
900 /*
901  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
902  *
903  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
904  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
905  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
906  * here so we *can't* do this anyway.
907  *
908  * This routine may not block.
909  * This routine must be called with the vm_object held.
910  * This routine must be called with a critical section held.
911  *
912  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
913  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
914  */
915 int
916 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
917 {
918         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
919         if (m->object != NULL)
920                 panic("vm_page_insert: already inserted");
921
922         object->generation++;
923
924         /*
925          * Record the object/offset pair in this page and add the
926          * pv_list_count of the page to the object.
927          *
928          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
929          */
930         vm_page_spin_lock(m);
931         m->object = object;
932         m->pindex = pindex;
933         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
934                 m->object = NULL;
935                 m->pindex = 0;
936                 vm_page_spin_unlock(m);
937                 return FALSE;
938         }
939         object->resident_page_count++;
940         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
941         vm_page_spin_unlock(m);
942
943         /*
944          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
945          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
946          */
947         if ((m->valid & m->dirty) ||
948             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
949                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
950
951         /*
952          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
953          */
954         swap_pager_page_inserted(m);
955         return TRUE;
956 }
957
958 /*
959  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
960  *
961  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
962  * This routine may not block.
963  *
964  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
965  * No other requirements.
966  *
967  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
968  *       it busy.
969  */
970 void
971 vm_page_remove(vm_page_t m)
972 {
973         vm_object_t object;
974
975         if (m->object == NULL) {
976                 return;
977         }
978
979         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
980                 panic("vm_page_remove: page not busy");
981
982         object = m->object;
983
984         vm_object_hold(object);
985
986         /*
987          * Remove the page from the object and update the object.
988          *
989          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
990          */
991         vm_page_spin_lock(m);
992         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
993         object->resident_page_count--;
994         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
995         m->object = NULL;
996         vm_page_spin_unlock(m);
997
998         object->generation++;
999
1000         vm_object_drop(object);
1001 }
1002
1003 /*
1004  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1005  * page could not be found.
1006  *
1007  * The caller must hold the vm_object token.
1008  */
1009 vm_page_t
1010 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1011 {
1012         vm_page_t m;
1013
1014         /*
1015          * Search the hash table for this object/offset pair
1016          */
1017         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1018         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1019         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1020         return(m);
1021 }
1022
1023 vm_page_t
1024 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1025                                             vm_pindex_t pindex,
1026                                             int also_m_busy, const char *msg
1027                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1028 {
1029         u_int32_t flags;
1030         vm_page_t m;
1031
1032         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1033         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1034         while (m) {
1035                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1036                 flags = m->flags;
1037                 cpu_ccfence();
1038                 if (flags & PG_BUSY) {
1039                         tsleep_interlock(m, 0);
1040                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1041                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1042                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1043                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1044                                                               pindex);
1045                         }
1046                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1047                         tsleep_interlock(m, 0);
1048                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1049                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1050                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1051                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1052                                                               pindex);
1053                         }
1054                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1055                                              flags | PG_BUSY)) {
1056 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1057                         m->busy_func = func;
1058                         m->busy_line = lineno;
1059 #endif
1060                         break;
1061                 }
1062         }
1063         return m;
1064 }
1065
1066 /*
1067  * Attempt to lookup and busy a page.
1068  *
1069  * Returns NULL if the page could not be found
1070  *
1071  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1072  * be busied.
1073  *
1074  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1075  */
1076 vm_page_t
1077 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1078                                            vm_pindex_t pindex,
1079                                            int also_m_busy, int *errorp
1080                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1081 {
1082         u_int32_t flags;
1083         vm_page_t m;
1084
1085         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1086         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1087         *errorp = FALSE;
1088         while (m) {
1089                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1090                 flags = m->flags;
1091                 cpu_ccfence();
1092                 if (flags & PG_BUSY) {
1093                         *errorp = TRUE;
1094                         break;
1095                 }
1096                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1097                         *errorp = TRUE;
1098                         break;
1099                 }
1100                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1101 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1102                         m->busy_func = func;
1103                         m->busy_line = lineno;
1104 #endif
1105                         break;
1106                 }
1107         }
1108         return m;
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Caller must hold the related vm_object
1113  */
1114 vm_page_t
1115 vm_page_next(vm_page_t m)
1116 {
1117         vm_page_t next;
1118
1119         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1120         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1121                 next = NULL;
1122         return (next);
1123 }
1124
1125 /*
1126  * vm_page_rename()
1127  *
1128  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1129  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1130  * on return.
1131  *
1132  * new_object must be held.
1133  * This routine might block. XXX ?
1134  *
1135  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1136  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1137  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1138  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1139  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1140  *
1141  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1142  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1143  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1144  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1145  *       on the cache.
1146  */
1147 void
1148 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1149 {
1150         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1151         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1152         if (m->object) {
1153                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1154                 vm_page_remove(m);
1155         }
1156         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1157                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1158                       new_object, new_pindex);
1159         }
1160         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1161                 vm_page_deactivate(m);
1162         vm_page_dirty(m);
1163 }
1164
1165 /*
1166  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1167  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1168  * caller.
1169  *
1170  * This routine may not block.
1171  */
1172 void
1173 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1174 {
1175         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1176         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1177         vm_page_spin_unlock(m);
1178 }
1179
1180 /*
1181  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1182  * if necessary.
1183  *
1184  * This routine may not block.
1185  */
1186 void
1187 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1188 {
1189         u_short queue;
1190
1191         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1192         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1193         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1194                 vm_page_spin_unlock(m);
1195                 pagedaemon_wakeup();
1196         } else {
1197                 vm_page_spin_unlock(m);
1198         }
1199 }
1200
1201 /*
1202  * vm_page_list_find()
1203  *
1204  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1205  *
1206  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1207  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1208  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1209  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1210  *
1211  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1212  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1213  * This is done by 'twisting' the colors.
1214  *
1215  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1216  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1217  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1218  * deactivating the page and looping).
1219  *
1220  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1221  *        is available for outside callers but the only critical path is
1222  *        from within this source file.
1223  *
1224  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1225  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1226  *        first, then queue.
1227  */
1228 static __inline
1229 vm_page_t
1230 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1231 {
1232         vm_page_t m;
1233
1234         for (;;) {
1235                 if (prefer_zero)
1236                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1237                 else
1238                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1239                 if (m == NULL) {
1240                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1241                         return(m);
1242                 }
1243                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1244                 if (m->queue == basequeue + index) {
1245                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1246                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1247                         break;
1248                 }
1249                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1250         }
1251         return(m);
1252 }
1253
1254 static vm_page_t
1255 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1256 {
1257         int i;
1258         vm_page_t m = NULL;
1259         struct vpgqueues *pq;
1260
1261         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1262
1263         /*
1264          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1265          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1266          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1267          */
1268         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1269                 for (;;) {
1270                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1271                         if (m) {
1272                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1273                                 if (m->queue ==
1274                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1275                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1276                                         return(m);
1277                                 }
1278                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1279                                 continue;
1280                         }
1281                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1282                         if (m) {
1283                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1284                                 if (m->queue ==
1285                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1286                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1287                                         return(m);
1288                                 }
1289                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1290                                 continue;
1291                         }
1292                         break;  /* next i */
1293                 }
1294         }
1295         return(m);
1296 }
1297
1298 /*
1299  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1300  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1301  * deactivate it if it cannot be busied!)
1302  *
1303  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1304  */
1305 vm_page_t
1306 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1307 {
1308         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1309 }
1310
1311 /*
1312  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1313  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1314  *
1315  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1316  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1317  *
1318  * This routine may not block.
1319  *
1320  */
1321 static vm_page_t
1322 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1323 {
1324         vm_page_t m;
1325
1326         for (;;) {
1327                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1328                 if (m == NULL)
1329                         break;
1330                 /*
1331                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1332                  */
1333                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1334                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1335                         vm_page_spin_unlock(m);
1336                 } else {
1337                         /*
1338                          * We successfully busied the page
1339                          */
1340                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1341                             m->hold_count == 0 &&
1342                             m->wire_count == 0 &&
1343                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1344                                 vm_page_spin_unlock(m);
1345                                 pagedaemon_wakeup();
1346                                 return(m);
1347                         }
1348
1349                         /*
1350                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1351                          */
1352                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1353                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1354                                 vm_page_spin_unlock(m);
1355                                 wakeup(m);
1356                         } else {
1357                                 vm_page_spin_unlock(m);
1358                         }
1359                 }
1360         }
1361         return (m);
1362 }
1363
1364 /*
1365  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1366  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1367  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1368  *
1369  * This routine may not block.
1370  */
1371 static __inline vm_page_t
1372 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1373 {
1374         vm_page_t m;
1375
1376         for (;;) {
1377                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1378                                        prefer_zero);
1379                 if (m == NULL)
1380                         break;
1381                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1382                         /*
1383                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1384                          * result in a busy page on the free queue.  We
1385                          * have to move the page out of the way so we can
1386                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1387                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1388                          * the pageout daemon will free the page later on.
1389                          *
1390                          * Since we could not busy the page, however, we
1391                          * cannot make assumptions as to whether the page
1392                          * will be allocated by the other thread or not,
1393                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1394                          * of the way.  In particular, if the other thread
1395                          * wires the page it may wind up on the inactive
1396                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1397                          * with that case too.
1398                          */
1399                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1400                         vm_page_spin_unlock(m);
1401                 } else {
1402                         /*
1403                          * Theoretically if we are able to busy the page
1404                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1405                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1406                          * page before us.
1407                          */
1408                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1409                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1410                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1411                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1412                         vm_page_spin_unlock(m);
1413                         pagedaemon_wakeup();
1414
1415                         /* return busied and removed page */
1416                         return(m);
1417                 }
1418         }
1419         return(m);
1420 }
1421
1422 /*
1423  * This implements a per-cpu cache of free, zero'd, ready-to-go pages.
1424  * The idea is to populate this cache prior to acquiring any locks so
1425  * we don't wind up potentially zeroing VM pages (under heavy loads) while
1426  * holding potentialy contending locks.
1427  *
1428  * Note that we allocate the page uninserted into anything and use a pindex
1429  * of 0, the vm_page_alloc() will effectively add gd_cpuid so these
1430  * allocations should wind up being uncontended.  However, we still want
1431  * to rove across PQ_L2_SIZE.
1432  */
1433 void
1434 vm_page_pcpu_cache(void)
1435 {
1436 #if 0
1437         globaldata_t gd = mycpu;
1438         vm_page_t m;
1439
1440         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MINVMPG) {
1441                 crit_enter_gd(gd);
1442                 while (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1443                         m = vm_page_alloc(NULL, ticks & ~ncpus2_mask,
1444                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_NORMAL |
1445                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_ZERO);
1446                         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1447                                 if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1448                                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1449                                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
1450                                 }
1451                                 gd->gd_vmpg_array[gd->gd_vmpg_count++] = m;
1452                         } else {
1453                                 vm_page_free(m);
1454                         }
1455                 }
1456                 crit_exit_gd(gd);
1457         }
1458 #endif
1459 }
1460
1461 /*
1462  * vm_page_alloc()
1463  *
1464  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1465  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1466  *
1467  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1468  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1469  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1470  *
1471  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1472  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1473  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1474  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1475  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1476  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1477  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1478  *                              (see vm_page_grab())
1479  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1480  *
1481  * The object must be held if not NULL
1482  * This routine may not block
1483  *
1484  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1485  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1486  * in this case.
1487  */
1488 vm_page_t
1489 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1490 {
1491         globaldata_t gd = mycpu;
1492         vm_object_t obj;
1493         vm_page_t m;
1494         u_short pg_color;
1495
1496 #if 0
1497         /*
1498          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1499          * and pre-zerod for us.
1500          */
1501         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1502                 crit_enter_gd(gd);
1503                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1504                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1505                         crit_exit_gd(gd);
1506                         goto done;
1507                 }
1508                 crit_exit_gd(gd);
1509         }
1510 #endif
1511         m = NULL;
1512
1513         /*
1514          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1515          */
1516         if (object) {
1517                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1518                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1519         } else {
1520                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1521         }
1522         KKASSERT(page_req & 
1523                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1524                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1525
1526         /*
1527          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1528          * allowed to eat deeper into the free page list.
1529          */
1530         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1531                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1532
1533 loop:
1534         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1535             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1536             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1537                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1538         ) {
1539                 /*
1540                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1541                  */
1542                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1543                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1544                 else
1545                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1546         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1547                 /*
1548                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1549                  * success, we must free the page and try again, thus
1550                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1551                  */
1552 #ifdef INVARIANTS
1553                 if (curthread->td_preempted) {
1554                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1555                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1556                         m = NULL;
1557                 } else {
1558                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1559                 }
1560 #else
1561                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1562 #endif
1563                 /*
1564                  * On success move the page into the free queue and loop.
1565                  *
1566                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1567                  * because this is effectively a random page and the caller
1568                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1569                  * deadlock.
1570                  */
1571                 if (m != NULL) {
1572                         KASSERT(m->dirty == 0,
1573                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1574                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1575                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1576                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1577                                         vm_page_free(m);
1578                                         /* m->object NULL here */
1579                                         vm_object_drop(obj);
1580                                 } else {
1581                                         vm_page_deactivate(m);
1582                                         vm_page_wakeup(m);
1583                                 }
1584                         } else {
1585                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1586                                 vm_page_free(m);
1587                         }
1588                         goto loop;
1589                 }
1590
1591                 /*
1592                  * On failure return NULL
1593                  */
1594 #if defined(DIAGNOSTIC)
1595                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1596                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1597 #endif
1598                 vm_pageout_deficit++;
1599                 pagedaemon_wakeup();
1600                 return (NULL);
1601         } else {
1602                 /*
1603                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1604                  */
1605                 vm_pageout_deficit++;
1606                 pagedaemon_wakeup();
1607                 return (NULL);
1608         }
1609
1610         /*
1611          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1612          * page.
1613          */
1614         if (m == NULL)
1615                 goto loop;
1616
1617         /*
1618          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1619          * removed from its queues.
1620          */
1621         KASSERT(m->dirty == 0,
1622                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1623         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1624
1625 #if 0
1626 done:
1627 #endif
1628         /*
1629          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1630          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1631          */
1632         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1633         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1634         KKASSERT(m->busy == 0);
1635         m->act_count = 0;
1636         m->valid = 0;
1637
1638         /*
1639          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1640          * vm_page_insert()).
1641          *
1642          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1643          *       (which could cause us to block allocating memory).
1644          *
1645          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1646          *       can be used by the caller for any purpose.
1647          */
1648         if (object) {
1649                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1650                         vm_page_free(m);
1651                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1652                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
1653                                       object, (long)pindex, m);
1654                         m = NULL;
1655                 }
1656         } else {
1657                 m->pindex = pindex;
1658         }
1659
1660         /*
1661          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1662          * we would be nearly out of memory.
1663          */
1664         pagedaemon_wakeup();
1665
1666         /*
1667          * A PG_BUSY page is returned.
1668          */
1669         return (m);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1674  * requirements.
1675  */
1676 vm_page_t
1677 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1678                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1679                      unsigned long size)
1680 {
1681         alist_blk_t blk;
1682
1683         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1684         if (alignment == 0)
1685                 alignment = 1;
1686         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1687         if (boundary == 0)
1688                 boundary = 1;
1689         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1690
1691         spin_lock(&vm_contig_spin);
1692         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1693         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1694                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1695                 if (bootverbose) {
1696                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1697                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1698                 }
1699                 return(NULL);
1700         }
1701         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1702                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1703                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1704                 if (bootverbose) {
1705                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1706                                 "%016jx failed\n",
1707                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1708                                 (intmax_t)high);
1709                 }
1710                 return(NULL);
1711         }
1712         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1713         if (vm_contig_verbose) {
1714                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1715                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1716                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1717         }
1718         return (PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT));
1719 }
1720
1721 /*
1722  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1723  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1724  */
1725 void
1726 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1727 {
1728         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1729         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1730         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1731
1732         if (vm_contig_verbose) {
1733                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1734                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1735         }
1736         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1737                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1738                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1739                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1740                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1741         } else {
1742                 while (pages) {
1743                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1744                         vm_page_unwire(m, 0);
1745                         vm_page_free(m);
1746                         --pages;
1747                         ++m;
1748                 }
1749
1750         }
1751 }
1752
1753
1754 /*
1755  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1756  * operations.
1757  *
1758  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
1759  *           will trivially deadlock the system.
1760  */
1761 void
1762 vm_wait_nominal(void)
1763 {
1764         while (vm_page_count_min(0))
1765                 vm_wait(0);
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1770  */
1771 int
1772 vm_test_nominal(void)
1773 {
1774         if (vm_page_count_min(0))
1775                 return(1);
1776         return(0);
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1781  * places before memory allocations.
1782  *
1783  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1784  * more generous then that.
1785  */
1786 void
1787 vm_wait(int timo)
1788 {
1789         /*
1790          * never wait forever
1791          */
1792         if (timo == 0)
1793                 timo = hz;
1794         lwkt_gettoken(&vm_token);
1795
1796         if (curthread == pagethread) {
1797                 /*
1798                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1799                  */
1800                 if (vm_page_count_min(0)) {
1801                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1802                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1803                 }
1804         } else {
1805                 /*
1806                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1807                  *
1808                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
1809                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
1810                  * But wait a little to try to slow down page allocations
1811                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
1812                  * allocation priority.
1813                  */
1814                 if (vm_page_count_target()) {
1815                         if (vm_pages_needed == 0) {
1816                                 vm_pages_needed = 1;
1817                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1818                         }
1819                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1820                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1821                 }
1822         }
1823         lwkt_reltoken(&vm_token);
1824 }
1825
1826 /*
1827  * Block until free pages are available for allocation
1828  *
1829  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1830  * easily tracked.
1831  */
1832 void
1833 vm_wait_pfault(void)
1834 {
1835         /*
1836          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1837          *
1838          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
1839          * as load might prevent it from being reached any time soon.
1840          * But wait a little to try to slow down page allocations
1841          * and to give more important threads (the pagedaemon)
1842          * allocation priority.
1843          */
1844         if (vm_page_count_min(0)) {
1845                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1846                 while (vm_page_count_severe()) {
1847                         if (vm_page_count_target()) {
1848                                 if (vm_pages_needed == 0) {
1849                                         vm_pages_needed = 1;
1850                                         wakeup(&vm_pages_needed);
1851                                 }
1852                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1853                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1854                         }
1855                 }
1856                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1857         }
1858 }
1859
1860 /*
1861  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1862  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1863  *
1864  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1865  * This routine may not block.
1866  */
1867 void
1868 vm_page_activate(vm_page_t m)
1869 {
1870         u_short oqueue;
1871
1872         vm_page_spin_lock(m);
1873         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
1874                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1875                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1876                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1877
1878                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1879                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1880                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1881                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1882                                 m->act_count = ACT_INIT;
1883                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
1884                 }
1885                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1886                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1887                         pagedaemon_wakeup();
1888         } else {
1889                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1890                         m->act_count = ACT_INIT;
1891                 vm_page_spin_unlock(m);
1892         }
1893 }
1894
1895 /*
1896  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1897  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1898  * queues.
1899  *
1900  * This routine may not block.
1901  */
1902 static __inline void
1903 vm_page_free_wakeup(void)
1904 {
1905         /*
1906          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1907          * there are some free.
1908          */
1909         if (vm_pageout_pages_needed &&
1910             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1911             vmstats.v_pageout_free_min
1912         ) {
1913                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1914                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1915         }
1916
1917         /*
1918          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1919          *
1920          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
1921          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
1922          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
1923          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
1924          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
1925          * normal target.
1926          */
1927         if (vm_pages_waiting) {
1928                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
1929                     !vm_page_count_target()) {
1930                         vm_pages_waiting = 0;
1931                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1932                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1933                 }
1934 #if 0
1935                 if (!vm_page_count_target()) {
1936                         /*
1937                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1938                          */
1939                         vm_pages_waiting = 0;
1940                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1941                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1942                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1943                         /*
1944                          * Some pages are free, wakeup someone.
1945                          */
1946                         int wcount = vm_pages_waiting;
1947                         if (wcount > 0)
1948                                 --wcount;
1949                         vm_pages_waiting = wcount;
1950                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1951                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1952                 }
1953 #endif
1954         }
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
1959  * it from its VM object.
1960  *
1961  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
1962  * return (the page will have been freed).
1963  */
1964 void
1965 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1966 {
1967         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
1968         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
1969         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1970
1971         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1972                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
1973                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1974                         (u_long)m->pindex, m->busy,
1975                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
1976                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1977                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1978                 else
1979                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1980         }
1981
1982         /*
1983          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
1984          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
1985          * after this section (because the page was removed from any
1986          * queue).
1987          */
1988         vm_page_remove(m);
1989         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1990         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1991
1992         /*
1993          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
1994          * and queue removal.
1995          */
1996         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1997                 vm_page_spin_unlock(m);
1998                 vm_page_wakeup(m);
1999                 return;
2000         }
2001
2002         m->valid = 0;
2003         vm_page_undirty(m);
2004
2005         if (m->wire_count != 0) {
2006                 if (m->wire_count > 1) {
2007                     panic(
2008                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2009                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2010                 }
2011                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2012         }
2013
2014         /*
2015          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2016          * Clear the NEED_COMMIT flag
2017          */
2018         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2019                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2020         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2021                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2022
2023         if (m->hold_count != 0) {
2024                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2025                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2026         } else {
2027                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
2028         }
2029
2030         /*
2031          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2032          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2033          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2034          * deadlock.
2035          */
2036         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2037         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2038                 vm_page_spin_unlock(m);
2039                 wakeup(m);
2040         } else {
2041                 vm_page_spin_unlock(m);
2042         }
2043         vm_page_free_wakeup();
2044 }
2045
2046 /*
2047  * vm_page_free_fromq_fast()
2048  *
2049  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
2050  * zeroing, so do not issue a wakeup.
2051  */
2052 vm_page_t
2053 vm_page_free_fromq_fast(void)
2054 {
2055         static int qi;
2056         vm_page_t m;
2057         int i;
2058
2059         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
2060                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
2061                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
2062                 if (m) {
2063                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2064                                 /*
2065                                  * We were unable to busy the page, deactivate
2066                                  * it and loop.
2067                                  */
2068                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2069                                 vm_page_spin_unlock(m);
2070                         } else if (m->flags & PG_ZERO) {
2071                                 /*
2072                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
2073                                  */
2074                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2075                                                               PQ_FREE + m->pc,
2076                                                               0);
2077                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
2078                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2079                                         vm_page_spin_unlock(m);
2080                                         wakeup(m);
2081                                 } else {
2082                                         vm_page_spin_unlock(m);
2083                                 }
2084                         } else {
2085                                 /*
2086                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
2087                                  */
2088                                 vm_page_spin_unlock(m);
2089                                 KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
2090                                                       PG_NEED_COMMIT)) == 0);
2091                                 KKASSERT(m->hold_count == 0);
2092                                 KKASSERT(m->wire_count == 0);
2093                                 break;
2094                         }
2095                         m = NULL;
2096                 }
2097                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
2098         }
2099         return (m);
2100 }
2101
2102 /*
2103  * vm_page_unmanage()
2104  *
2105  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2106  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2107  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2108  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2109  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2110  * operate on the page.
2111  *
2112  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2113  * will clear the flag.
2114  *
2115  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2116  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2117  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2118  * mappings.
2119  *
2120  * Caller must be holding the page busy.
2121  */
2122 void
2123 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2124 {
2125         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2126         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2127                 if (m->wire_count == 0)
2128                         vm_page_unqueue(m);
2129         }
2130         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2131 }
2132
2133 /*
2134  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2135  * paging queues as necessary.
2136  *
2137  * Caller must be holding the page busy.
2138  */
2139 void
2140 vm_page_wire(vm_page_t m)
2141 {
2142         /*
2143          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2144          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2145          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2146          * pages because they are always wired.
2147          */
2148         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2149         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2150                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2151                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2152                                 vm_page_unqueue(m);
2153                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2154                 }
2155                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2156                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2157         }
2158 }
2159
2160 /*
2161  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2162  *
2163  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2164  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2165  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2166  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2167  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2168  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2169  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2170  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2171  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2172  * reused more quickly.
2173  *
2174  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2175  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2176  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2177  *
2178  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2179  * put clean pages on the cache queue.
2180  *
2181  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2182  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2183  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2184  * dirty pages in the cache are not allowed.
2185  *
2186  * The page queues must be locked.
2187  * This routine may not block.
2188  */
2189 void
2190 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2191 {
2192         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2193         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2194                 /* do nothing */
2195         } else if (m->wire_count <= 0) {
2196                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2197         } else {
2198                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2199                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2200                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2201                                 ;
2202                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2203                                 vm_page_spin_lock(m);
2204                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2205                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2206                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2207                         } else {
2208                                 vm_page_spin_lock(m);
2209                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2210                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2211                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2212                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2213                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2214                         }
2215                 }
2216         }
2217 }
2218
2219 /*
2220  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2221  * any associated swap, the swap is deallocated.
2222  *
2223  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2224  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2225  * except without unmapping it from the process address space.
2226  *
2227  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2228  * This routine may not block.
2229  */
2230 static void
2231 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2232 {
2233         u_short oqueue;
2234
2235         /*
2236          * Ignore if already inactive.
2237          */
2238         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2239                 return;
2240         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2241         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2242
2243         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2244                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2245                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2246                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2247                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2248                 if (athead == 0)
2249                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2250         }
2251         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2252         /* leaves vm_page spinlocked */
2253 }
2254
2255 /*
2256  * Attempt to deactivate a page.
2257  *
2258  * No requirements.
2259  */
2260 void
2261 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2262 {
2263         vm_page_spin_lock(m);
2264         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2265         vm_page_spin_unlock(m);
2266 }
2267
2268 void
2269 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2270 {
2271         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2272 }
2273
2274 /*
2275  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2276  *
2277  * Returns 0 on failure, 1 on success
2278  *
2279  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2280  * whether the page can be safely moved to the cache.
2281  */
2282 int
2283 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2284 {
2285         vm_page_spin_lock(m);
2286         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2287                 vm_page_spin_unlock(m);
2288                 return(0);
2289         }
2290         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2291             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2292                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2293                         vm_page_spin_unlock(m);
2294                         wakeup(m);
2295                 } else {
2296                         vm_page_spin_unlock(m);
2297                 }
2298                 return(0);
2299         }
2300         vm_page_spin_unlock(m);
2301
2302         /*
2303          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2304          * be moved to the cache.
2305          */
2306         vm_page_test_dirty(m);
2307         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2308                 vm_page_wakeup(m);
2309                 return(0);
2310         }
2311         vm_page_cache(m);
2312         return(1);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2317  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2318  *
2319  * No requirements.
2320  */
2321 int
2322 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2323 {
2324         vm_page_spin_lock(m);
2325         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2326                 vm_page_spin_unlock(m);
2327                 return(0);
2328         }
2329
2330         /*
2331          * The page can be in any state, including already being on the free
2332          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2333          */
2334         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2335             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2336             m->wire_count ||                    /* or wired */
2337             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2338                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2339             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2340             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2341                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2342                         vm_page_spin_unlock(m);
2343                         wakeup(m);
2344                 } else {
2345                         vm_page_spin_unlock(m);
2346                 }
2347                 return(0);
2348         }
2349         vm_page_spin_unlock(m);
2350
2351         /*
2352          * We can probably free the page.
2353          *
2354          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2355          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2356          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2357          */
2358         vm_page_test_dirty(m);
2359         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2360                 vm_page_wakeup(m);
2361                 return(0);
2362         }
2363         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2364         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2365                 vm_page_wakeup(m);
2366                 return(0);
2367         }
2368         vm_page_free(m);
2369         return(1);
2370 }
2371
2372 /*
2373  * vm_page_cache
2374  *
2375  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2376  *
2377  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2378  * possibly even free the page.
2379  */
2380 void
2381 vm_page_cache(vm_page_t m)
2382 {
2383         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2384             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2385                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2386                 vm_page_wakeup(m);
2387                 return;
2388         }
2389
2390         /*
2391          * Already in the cache (and thus not mapped)
2392          */
2393         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2394                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2395                 vm_page_wakeup(m);
2396                 return;
2397         }
2398
2399         /*
2400          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2401          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2402          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2403          */
2404         if (m->dirty) {
2405                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2406                         (long)m->pindex);
2407         }
2408
2409         /*
2410          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2411          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2412          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2413          * everything.
2414          */
2415         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2416         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2417             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2418                 vm_page_wakeup(m);
2419         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2420                 vm_page_deactivate(m);
2421                 vm_page_wakeup(m);
2422         } else {
2423                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2424                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2425                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2426                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2427                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2428                         vm_page_spin_unlock(m);
2429                         wakeup(m);
2430                 } else {
2431                         vm_page_spin_unlock(m);
2432                 }
2433                 vm_page_free_wakeup();
2434         }
2435 }
2436
2437 /*
2438  * vm_page_dontneed()
2439  *
2440  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2441  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2442  *
2443  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2444  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2445  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2446  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2447  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2448  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2449  *
2450  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2451  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2452  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2453  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2454  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2455  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2456  * often.
2457  *
2458  * The page must be busied.
2459  */
2460 void
2461 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2462 {
2463         static int dnweight;
2464         int dnw;
2465         int head;
2466
2467         dnw = ++dnweight;
2468
2469         /*
2470          * occassionally leave the page alone
2471          */
2472         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2473             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2474             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2475         ) {
2476                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2477                         --m->act_count;
2478                 return;
2479         }
2480
2481         /*
2482          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2483          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2484          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2485          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2486          */
2487         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2488         pmap_clear_reference(m);
2489
2490         if (m->dirty == 0)
2491                 vm_page_test_dirty(m);
2492
2493         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2494                 /*
2495                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2496                  */
2497                 head = 0;
2498         } else {
2499                 /*
2500                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2501                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2502                  * at the head of the queue instead of the tail.
2503                  */
2504                 head = 1;
2505         }
2506         vm_page_spin_lock(m);
2507         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2508         vm_page_spin_unlock(m);
2509 }
2510
2511 /*
2512  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2513  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2514  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2515  * write can still be mapped read-only.
2516  *
2517  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2518  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2519  * busy bit is cleared.
2520  */
2521 void
2522 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2523 {
2524         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2525         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2526         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2527 }
2528
2529 void
2530 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2531 {
2532         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2533         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2534         if (m->busy == 0)
2535                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2536 }
2537
2538 /*
2539  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2540  * be reused.  Used by tmpfs.
2541  */
2542 void
2543 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2544 {
2545         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2546         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2547 }
2548
2549 void
2550 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2551 {
2552         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2553 }
2554
2555 /*
2556  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2557  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2558  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2559  * the page).
2560  *
2561  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2562  * page will be zero'd and marked valid.
2563  *
2564  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2565  * valid even if it already exists.
2566  *
2567  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2568  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2569  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2570  *
2571  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2572  * always returned if we had blocked.  
2573  *
2574  * This routine may not be called from an interrupt.
2575  *
2576  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2577  *
2578  * No other requirements.
2579  */
2580 vm_page_t
2581 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2582 {
2583         vm_page_t m;
2584         int error;
2585
2586         KKASSERT(allocflags &
2587                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2588         vm_object_hold(object);
2589         for (;;) {
2590                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2591                 if (error) {
2592                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2593                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2594                                 m = NULL;
2595                                 break;
2596                         }
2597                         /* retry */
2598                 } else if (m == NULL) {
2599                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2600                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2601                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2602                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2603                         if (m)
2604                                 break;
2605                         vm_wait(0);
2606                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2607                                 goto failed;
2608                 } else {
2609                         /* m found */
2610                         break;
2611                 }
2612         }
2613
2614         /*
2615          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2616          *
2617          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2618          * valid even if already valid.
2619          */
2620         if (m->valid == 0) {
2621                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2622                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2623                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2624                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2625                 }
2626         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2627                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2628                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2629         }
2630         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2631 failed:
2632         vm_object_drop(object);
2633         return(m);
2634 }
2635
2636 /*
2637  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2638  * a page.  May not block.
2639  *
2640  * Inputs are required to range within a page.
2641  *
2642  * No requirements.
2643  * Non blocking.
2644  */
2645 int
2646 vm_page_bits(int base, int size)
2647 {
2648         int first_bit;
2649         int last_bit;
2650
2651         KASSERT(
2652             base + size <= PAGE_SIZE,
2653             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2654         );
2655
2656         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2657                 return(0);
2658
2659         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2660         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2661
2662         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2663 }
2664
2665 /*
2666  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2667  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2668  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2669  * such chunks will be zero'd.
2670  *
2671  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2672  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2673  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2674  *       lost.
2675  *
2676  * This routine may not block.
2677  *
2678  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2679  */
2680 static void
2681 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2682 {
2683         int frag;
2684         int endoff;
2685
2686         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2687                 return;
2688
2689         /*
2690          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2691          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2692          * first block.
2693          */
2694
2695         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2696             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2697         ) {
2698                 pmap_zero_page_area(
2699                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2700                     frag,
2701                     base - frag
2702                 );
2703         }
2704
2705         /*
2706          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2707          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2708          * the last block.
2709          */
2710
2711         endoff = base + size;
2712
2713         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2714             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2715         ) {
2716                 pmap_zero_page_area(
2717                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2718                     endoff,
2719                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2720                 );
2721         }
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2726  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2727  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2728  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2729  * be set again.
2730  *
2731  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2732  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2733  * the range.
2734  *
2735  * Page must be busied?
2736  * No other requirements.
2737  */
2738 void
2739 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2740 {
2741         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2742         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2743 }
2744
2745
2746 /*
2747  * Set valid bits and clear dirty bits.
2748  *
2749  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2750  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2751  *       and size.
2752  *
2753  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2754  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2755  *          So for now vm_token must also be held.
2756  *
2757  * No other requirements.
2758  */
2759 void
2760 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2761 {
2762         int pagebits;
2763
2764         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2765         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2766         m->valid |= pagebits;
2767         m->dirty &= ~pagebits;
2768         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2769                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2770                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2771         }
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2776  *
2777  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2778  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2779  *          be held.
2780  *
2781  * No other requirements.
2782  */
2783 void
2784 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2785 {
2786         int pagebits;
2787
2788         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2789         m->valid |= pagebits;
2790         m->dirty |= pagebits;
2791         if (m->object)
2792                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2793 }
2794
2795 /*
2796  * Clear dirty bits.
2797  *
2798  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2799  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2800  *       and size.
2801  *
2802  * Page must be busied?
2803  * No other requirements.
2804  */
2805 void
2806 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2807 {
2808         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2809         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2810                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2811                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2812         }
2813 }
2814
2815 /*
2816  * Make the page all-dirty.
2817  *
2818  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2819  * object may now contain a dirty page.
2820  *
2821  * Page must be busied?
2822  * No other requirements.
2823  */
2824 void
2825 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2826 {
2827 #ifdef INVARIANTS
2828         int pqtype = m->queue - m->pc;
2829 #endif
2830         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2831                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2832         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2833                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2834                 if (m->object)
2835                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2836         }
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2841  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2842  *
2843  * Page must be busied?
2844  * Does not block.
2845  * No other requirements.
2846  */
2847 void
2848 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2849 {
2850         int bits;
2851
2852         bits = vm_page_bits(base, size);
2853         m->valid &= ~bits;
2854         m->dirty &= ~bits;
2855         m->object->generation++;
2856 }
2857
2858 /*
2859  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2860  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2861  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2862  * page so user code sees what it expects.
2863  *
2864  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2865  * into memory and the file's size is not page aligned.
2866  *
2867  * Page must be busied?
2868  * No other requirements.
2869  */
2870 void
2871 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2872 {
2873         int b;
2874         int i;
2875
2876         /*
2877          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2878          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2879          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2880          * vm_page_set_validclean().
2881          */
2882         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2883                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2884                     (m->valid & (1 << i))
2885                 ) {
2886                         if (i > b) {
2887                                 pmap_zero_page_area(
2888                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2889                                     b << DEV_BSHIFT,
2890                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2891                                 );
2892                         }
2893                         b = i + 1;
2894                 }
2895         }
2896
2897         /*
2898          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2899          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2900          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2901          */
2902         if (setvalid)
2903                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2904 }
2905
2906 /*
2907  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2908  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2909  * invalid, and TRUE otherwise.
2910  *
2911  * Does not block.
2912  * No other requirements.
2913  */
2914 int
2915 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2916 {
2917         int bits = vm_page_bits(base, size);
2918
2919         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2920                 return 1;
2921         else
2922                 return 0;
2923 }
2924
2925 /*
2926  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2927  *
2928  * Caller must hold the page busy
2929  */
2930 void
2931 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2932 {
2933         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2934                 vm_page_dirty(m);
2935         }
2936 }
2937
2938 /*
2939  * Register an action, associating it with its vm_page
2940  */
2941 void
2942 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2943 {
2944         struct vm_page_action_list *list;
2945         int hv;
2946
2947         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2948         list = &action_list[hv];
2949
2950         lwkt_gettoken(&vm_token);
2951         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2952         action->event = event;
2953         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2954         lwkt_reltoken(&vm_token);
2955 }
2956
2957 /*
2958  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
2959  */
2960 void
2961 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
2962 {
2963         struct vm_page_action_list *list;
2964         int hv;
2965
2966         lwkt_gettoken(&vm_token);
2967         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
2968                 action->event = VMEVENT_NONE;
2969                 LIST_REMOVE(action, entry);
2970
2971                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2972                 list = &action_list[hv];
2973                 if (LIST_EMPTY(list))
2974                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
2975         }
2976         lwkt_reltoken(&vm_token);
2977 }
2978
2979 /*
2980  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
2981  * removed from the page's list and called.
2982  *
2983  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
2984  * PG_ACTIONLIST flag.
2985  */
2986 void
2987 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
2988 {
2989         struct vm_page_action_list *list;
2990         struct vm_page_action *scan;
2991         struct vm_page_action *next;
2992         int hv;
2993         int all;
2994
2995         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2996         list = &action_list[hv];
2997         all = 1;
2998
2999         lwkt_gettoken(&vm_token);
3000         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
3001                 if (scan->m == m) {
3002                         if (scan->event == event) {
3003                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
3004                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
3005                                 scan->func(m, scan);
3006                                 /* XXX */
3007                         } else {
3008                                 all = 0;
3009                         }
3010                 }
3011         }
3012         if (all)
3013                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
3014         lwkt_reltoken(&vm_token);
3015 }
3016
3017 #include "opt_ddb.h"
3018 #ifdef DDB
3019 #include <sys/kernel.h>
3020
3021 #include <ddb/ddb.h>
3022
3023 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3024 {
3025         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3026         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3027         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3028         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3029         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3030         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3031         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3032         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3033         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3034         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3035 }
3036
3037 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3038 {
3039         int i;
3040         db_printf("PQ_FREE:");
3041         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3042                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3043         }
3044         db_printf("\n");
3045                 
3046         db_printf("PQ_CACHE:");
3047         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3048                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3049         }
3050         db_printf("\n");
3051
3052         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3053         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3054                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3055         }
3056         db_printf("\n");
3057
3058         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3059         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3060                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3061         }
3062         db_printf("\n");
3063 }
3064 #endif /* DDB */