Merge branch 'vendor/GDB'
[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 void
532 vm_page_init(vm_page_t m)
533 {
534         /* do nothing for now.  Called from pmap_page_init() */
535 }
536
537 /*
538  * Each page queue has its own spin lock, which is fairly optimal for
539  * allocating and freeing pages at least.
540  *
541  * The caller must hold the vm_page_spin_lock() before locking a vm_page's
542  * queue spinlock via this function.  Also note that m->queue cannot change
543  * unless both the page and queue are locked.
544  */
545 static __inline
546 void
547 _vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
548 {
549         u_short queue;
550
551         queue = m->queue;
552         if (queue != PQ_NONE) {
553                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
554                 KKASSERT(queue == m->queue);
555         }
556 }
557
558 static __inline
559 void
560 _vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
561 {
562         u_short queue;
563
564         queue = m->queue;
565         cpu_ccfence();
566         if (queue != PQ_NONE)
567                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
568 }
569
570 static __inline
571 void
572 _vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
573 {
574         cpu_ccfence();
575         if (queue != PQ_NONE)
576                 spin_lock(&vm_page_queues[queue].spin);
577 }
578
579
580 static __inline
581 void
582 _vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
583 {
584         cpu_ccfence();
585         if (queue != PQ_NONE)
586                 spin_unlock(&vm_page_queues[queue].spin);
587 }
588
589 void
590 vm_page_queue_spin_lock(vm_page_t m)
591 {
592         _vm_page_queue_spin_lock(m);
593 }
594
595 void
596 vm_page_queues_spin_lock(u_short queue)
597 {
598         _vm_page_queues_spin_lock(queue);
599 }
600
601 void
602 vm_page_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
603 {
604         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
605 }
606
607 void
608 vm_page_queues_spin_unlock(u_short queue)
609 {
610         _vm_page_queues_spin_unlock(queue);
611 }
612
613 /*
614  * This locks the specified vm_page and its queue in the proper order
615  * (page first, then queue).  The queue may change so the caller must
616  * recheck on return.
617  */
618 static __inline
619 void
620 _vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
621 {
622         vm_page_spin_lock(m);
623         _vm_page_queue_spin_lock(m);
624 }
625
626 static __inline
627 void
628 _vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
629 {
630         _vm_page_queues_spin_unlock(m->queue);
631         vm_page_spin_unlock(m);
632 }
633
634 void
635 vm_page_and_queue_spin_unlock(vm_page_t m)
636 {
637         _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
638 }
639
640 void
641 vm_page_and_queue_spin_lock(vm_page_t m)
642 {
643         _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
644 }
645
646 /*
647  * Helper function removes vm_page from its current queue.
648  * Returns the base queue the page used to be on.
649  *
650  * The vm_page and the queue must be spinlocked.
651  * This function will unlock the queue but leave the page spinlocked.
652  */
653 static __inline u_short
654 _vm_page_rem_queue_spinlocked(vm_page_t m)
655 {
656         struct vpgqueues *pq;
657         u_short queue;
658
659         queue = m->queue;
660         if (queue != PQ_NONE) {
661                 pq = &vm_page_queues[queue];
662                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
663                 atomic_add_int(pq->cnt, -1);
664                 pq->lcnt--;
665                 m->queue = PQ_NONE;
666                 vm_page_queues_spin_unlock(queue);
667                 if ((queue - m->pc) == PQ_FREE && (m->flags & PG_ZERO))
668                         atomic_subtract_int(&vm_page_zero_count, 1);
669                 if ((queue - m->pc) == PQ_CACHE || (queue - m->pc) == PQ_FREE)
670                         return (queue - m->pc);
671         }
672         return queue;
673 }
674
675 /*
676  * Helper function places the vm_page on the specified queue.
677  *
678  * The vm_page must be spinlocked.
679  * This function will return with both the page and the queue locked.
680  */
681 static __inline void
682 _vm_page_add_queue_spinlocked(vm_page_t m, u_short queue, int athead)
683 {
684         struct vpgqueues *pq;
685
686         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
687
688         if (queue != PQ_NONE) {
689                 vm_page_queues_spin_lock(queue);
690                 pq = &vm_page_queues[queue];
691                 ++pq->lcnt;
692                 atomic_add_int(pq->cnt, 1);
693                 m->queue = queue;
694
695                 /*
696                  * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
697                  * first ) and non-zerod pages at the head.
698                  */
699                 if (queue - m->pc == PQ_FREE) {
700                         if (m->flags & PG_ZERO) {
701                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
702                                 atomic_add_int(&vm_page_zero_count, 1);
703                         } else {
704                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
705                         }
706                 } else if (athead) {
707                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
708                 } else {
709                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
710                 }
711                 /* leave the queue spinlocked */
712         }
713 }
714
715 /*
716  * Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
717  * m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep, FALSE if we
718  * did not.  Only one sleep call will be made before returning.
719  *
720  * This function does NOT busy the page and on return the page is not
721  * guaranteed to be available.
722  */
723 void
724 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
725 {
726         u_int32_t flags;
727
728         for (;;) {
729                 flags = m->flags;
730                 cpu_ccfence();
731
732                 if ((flags & PG_BUSY) == 0 &&
733                     (also_m_busy == 0 || (flags & PG_SBUSY) == 0)) {
734                         break;
735                 }
736                 tsleep_interlock(m, 0);
737                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
738                                       flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
739                         tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
740                         break;
741                 }
742         }
743 }
744
745 /*
746  * Wait until PG_BUSY can be set, then set it.  If also_m_busy is TRUE we
747  * also wait for m->busy to become 0 before setting PG_BUSY.
748  */
749 void
750 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_wait)(vm_page_t m,
751                                      int also_m_busy, const char *msg
752                                      VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
753 {
754         u_int32_t flags;
755
756         for (;;) {
757                 flags = m->flags;
758                 cpu_ccfence();
759                 if (flags & PG_BUSY) {
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 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
766                         tsleep_interlock(m, 0);
767                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
768                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
769                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
770                         }
771                 } else {
772                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
773                                               flags | PG_BUSY)) {
774 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
775                                 m->busy_func = func;
776                                 m->busy_line = lineno;
777 #endif
778                                 break;
779                         }
780                 }
781         }
782 }
783
784 /*
785  * Attempt to set PG_BUSY.  If also_m_busy is TRUE we only succeed if m->busy
786  * is also 0.
787  *
788  * Returns non-zero on failure.
789  */
790 int
791 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_busy_try)(vm_page_t m, int also_m_busy
792                                     VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
793 {
794         u_int32_t flags;
795
796         for (;;) {
797                 flags = m->flags;
798                 cpu_ccfence();
799                 if (flags & PG_BUSY)
800                         return TRUE;
801                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY))
802                         return TRUE;
803                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
804 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
805                                 m->busy_func = func;
806                                 m->busy_line = lineno;
807 #endif
808                         return FALSE;
809                 }
810         }
811 }
812
813 /*
814  * Clear the PG_BUSY flag and return non-zero to indicate to the caller
815  * that a wakeup() should be performed.
816  *
817  * The vm_page must be spinlocked and will remain spinlocked on return.
818  * The related queue must NOT be spinlocked (which could deadlock us).
819  *
820  * (inline version)
821  */
822 static __inline
823 int
824 _vm_page_wakeup(vm_page_t m)
825 {
826         u_int32_t flags;
827
828         for (;;) {
829                 flags = m->flags;
830                 cpu_ccfence();
831                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
832                                       flags & ~(PG_BUSY | PG_WANTED))) {
833                         break;
834                 }
835         }
836         return(flags & PG_WANTED);
837 }
838
839 /*
840  * Clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the page.  This
841  * is typically the last call you make on a page before moving onto
842  * other things.
843  */
844 void
845 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
846 {
847         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
848         vm_page_spin_lock(m);
849         if (_vm_page_wakeup(m)) {
850                 vm_page_spin_unlock(m);
851                 wakeup(m);
852         } else {
853                 vm_page_spin_unlock(m);
854         }
855 }
856
857 /*
858  * Holding a page keeps it from being reused.  Other parts of the system
859  * can still disassociate the page from its current object and free it, or
860  * perform read or write I/O on it and/or otherwise manipulate the page,
861  * but if the page is held the VM system will leave the page and its data
862  * intact and not reuse the page for other purposes until the last hold
863  * reference is released.  (see vm_page_wire() if you want to prevent the
864  * page from being disassociated from its object too).
865  *
866  * The caller must still validate the contents of the page and, if necessary,
867  * wait for any pending I/O (e.g. vm_page_sleep_busy() loop) to complete
868  * before manipulating the page.
869  *
870  * XXX get vm_page_spin_lock() here and move FREE->HOLD if necessary
871  */
872 void
873 vm_page_hold(vm_page_t m)
874 {
875         vm_page_spin_lock(m);
876         atomic_add_int(&m->hold_count, 1);
877         if (m->queue - m->pc == PQ_FREE) {
878                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
879                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
880                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
881                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
882         }
883         vm_page_spin_unlock(m);
884 }
885
886 /*
887  * The opposite of vm_page_hold().  A page can be freed while being held,
888  * which places it on the PQ_HOLD queue.  If we are able to busy the page
889  * after the hold count drops to zero we will move the page to the
890  * appropriate PQ_FREE queue by calling vm_page_free_toq().
891  */
892 void
893 vm_page_unhold(vm_page_t m)
894 {
895         vm_page_spin_lock(m);
896         atomic_add_int(&m->hold_count, -1);
897         if (m->hold_count == 0 && m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {
898                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
899                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
900                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
901                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
902         }
903         vm_page_spin_unlock(m);
904 }
905
906 /*
907  *      vm_page_getfake:
908  *
909  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
910  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
911  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
912  */
913
914 void
915 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
916 {
917
918         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
919                 /*
920                  * The page's memattr might have changed since the
921                  * previous initialization.  Update the pmap to the
922                  * new memattr.
923                  */
924                 goto memattr;
925         }
926         m->phys_addr = paddr;
927         m->queue = PQ_NONE;
928         /* Fictitious pages don't use "segind". */
929         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
930         m->flags = PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED | PG_BUSY;
931         m->wire_count = 1;
932         pmap_page_init(m);
933 memattr:
934         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
935 }
936
937 /*
938  * Inserts the given vm_page into the object and object list.
939  *
940  * The pagetables are not updated but will presumably fault the page
941  * in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
942  * enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
943  * here so we *can't* do this anyway.
944  *
945  * This routine may not block.
946  * This routine must be called with the vm_object held.
947  * This routine must be called with a critical section held.
948  *
949  * This routine returns TRUE if the page was inserted into the object
950  * successfully, and FALSE if the page already exists in the object.
951  */
952 int
953 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
954 {
955         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(object));
956         if (m->object != NULL)
957                 panic("vm_page_insert: already inserted");
958
959         object->generation++;
960
961         /*
962          * Record the object/offset pair in this page and add the
963          * pv_list_count of the page to the object.
964          *
965          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
966          */
967         vm_page_spin_lock(m);
968         m->object = object;
969         m->pindex = pindex;
970         if (vm_page_rb_tree_RB_INSERT(&object->rb_memq, m)) {
971                 m->object = NULL;
972                 m->pindex = 0;
973                 vm_page_spin_unlock(m);
974                 return FALSE;
975         }
976         object->resident_page_count++;
977         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, m->md.pv_list_count); */
978         vm_page_spin_unlock(m);
979
980         /*
981          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
982          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
983          */
984         if ((m->valid & m->dirty) ||
985             (m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_NEED_COMMIT)))
986                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
987
988         /*
989          * Checks for a swap assignment and sets PG_SWAPPED if appropriate.
990          */
991         swap_pager_page_inserted(m);
992         return TRUE;
993 }
994
995 /*
996  * Removes the given vm_page_t from the (object,index) table
997  *
998  * The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
999  * This routine may not block.
1000  *
1001  * The page must be BUSY and will remain BUSY on return.
1002  * No other requirements.
1003  *
1004  * NOTE: FreeBSD side effect was to unbusy the page on return.  We leave
1005  *       it busy.
1006  */
1007 void
1008 vm_page_remove(vm_page_t m)
1009 {
1010         vm_object_t object;
1011
1012         if (m->object == NULL) {
1013                 return;
1014         }
1015
1016         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0)
1017                 panic("vm_page_remove: page not busy");
1018
1019         object = m->object;
1020
1021         vm_object_hold(object);
1022
1023         /*
1024          * Remove the page from the object and update the object.
1025          *
1026          * The vm_page spin lock is required for interactions with the pmap.
1027          */
1028         vm_page_spin_lock(m);
1029         vm_page_rb_tree_RB_REMOVE(&object->rb_memq, m);
1030         object->resident_page_count--;
1031         /* atomic_add_int(&object->agg_pv_list_count, -m->md.pv_list_count); */
1032         m->object = NULL;
1033         vm_page_spin_unlock(m);
1034
1035         object->generation++;
1036
1037         vm_object_drop(object);
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Locate and return the page at (object, pindex), or NULL if the
1042  * page could not be found.
1043  *
1044  * The caller must hold the vm_object token.
1045  */
1046 vm_page_t
1047 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1048 {
1049         vm_page_t m;
1050
1051         /*
1052          * Search the hash table for this object/offset pair
1053          */
1054         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1055         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1056         KKASSERT(m == NULL || (m->object == object && m->pindex == pindex));
1057         return(m);
1058 }
1059
1060 vm_page_t
1061 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_wait)(struct vm_object *object,
1062                                             vm_pindex_t pindex,
1063                                             int also_m_busy, const char *msg
1064                                             VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1065 {
1066         u_int32_t flags;
1067         vm_page_t m;
1068
1069         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1070         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1071         while (m) {
1072                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1073                 flags = m->flags;
1074                 cpu_ccfence();
1075                 if (flags & PG_BUSY) {
1076                         tsleep_interlock(m, 0);
1077                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1078                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1079                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1080                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1081                                                               pindex);
1082                         }
1083                 } else if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1084                         tsleep_interlock(m, 0);
1085                         if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1086                                           flags | PG_WANTED | PG_REFERENCED)) {
1087                                 tsleep(m, PINTERLOCKED, msg, 0);
1088                                 m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq,
1089                                                               pindex);
1090                         }
1091                 } else if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags,
1092                                              flags | PG_BUSY)) {
1093 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1094                         m->busy_func = func;
1095                         m->busy_line = lineno;
1096 #endif
1097                         break;
1098                 }
1099         }
1100         return m;
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Attempt to lookup and busy a page.
1105  *
1106  * Returns NULL if the page could not be found
1107  *
1108  * Returns a vm_page and error == TRUE if the page exists but could not
1109  * be busied.
1110  *
1111  * Returns a vm_page and error == FALSE on success.
1112  */
1113 vm_page_t
1114 VM_PAGE_DEBUG_EXT(vm_page_lookup_busy_try)(struct vm_object *object,
1115                                            vm_pindex_t pindex,
1116                                            int also_m_busy, int *errorp
1117                                            VM_PAGE_DEBUG_ARGS)
1118 {
1119         u_int32_t flags;
1120         vm_page_t m;
1121
1122         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(vm_object_token(object));
1123         m = vm_page_rb_tree_RB_LOOKUP(&object->rb_memq, pindex);
1124         *errorp = FALSE;
1125         while (m) {
1126                 KKASSERT(m->object == object && m->pindex == pindex);
1127                 flags = m->flags;
1128                 cpu_ccfence();
1129                 if (flags & PG_BUSY) {
1130                         *errorp = TRUE;
1131                         break;
1132                 }
1133                 if (also_m_busy && (flags & PG_SBUSY)) {
1134                         *errorp = TRUE;
1135                         break;
1136                 }
1137                 if (atomic_cmpset_int(&m->flags, flags, flags | PG_BUSY)) {
1138 #ifdef VM_PAGE_DEBUG
1139                         m->busy_func = func;
1140                         m->busy_line = lineno;
1141 #endif
1142                         break;
1143                 }
1144         }
1145         return m;
1146 }
1147
1148 /*
1149  * Caller must hold the related vm_object
1150  */
1151 vm_page_t
1152 vm_page_next(vm_page_t m)
1153 {
1154         vm_page_t next;
1155
1156         next = vm_page_rb_tree_RB_NEXT(m);
1157         if (next && next->pindex != m->pindex + 1)
1158                 next = NULL;
1159         return (next);
1160 }
1161
1162 /*
1163  * vm_page_rename()
1164  *
1165  * Move the given vm_page from its current object to the specified
1166  * target object/offset.  The page must be busy and will remain so
1167  * on return.
1168  *
1169  * new_object must be held.
1170  * This routine might block. XXX ?
1171  *
1172  * NOTE: Swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1173  *       have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1174  *       page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1175  *       moving the page from object A to B, and will then later move
1176  *       the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1177  *
1178  * NOTE: We *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1179  *       fact that we moved it, and because we may be invalidating
1180  *       swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1181  *       or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1182  *       on the cache.
1183  */
1184 void
1185 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1186 {
1187         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
1188         ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(new_object));
1189         if (m->object) {
1190                 ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD_EXCL(vm_object_token(m->object));
1191                 vm_page_remove(m);
1192         }
1193         if (vm_page_insert(m, new_object, new_pindex) == FALSE) {
1194                 panic("vm_page_rename: target exists (%p,%"PRIu64")",
1195                       new_object, new_pindex);
1196         }
1197         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
1198                 vm_page_deactivate(m);
1199         vm_page_dirty(m);
1200 }
1201
1202 /*
1203  * vm_page_unqueue() without any wakeup.  This routine is used when a page
1204  * is being moved between queues or otherwise is to remain BUSYied by the
1205  * caller.
1206  *
1207  * This routine may not block.
1208  */
1209 void
1210 vm_page_unqueue_nowakeup(vm_page_t m)
1211 {
1212         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1213         (void)_vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1214         vm_page_spin_unlock(m);
1215 }
1216
1217 /*
1218  * vm_page_unqueue() - Remove a page from its queue, wakeup the pagedemon
1219  * if necessary.
1220  *
1221  * This routine may not block.
1222  */
1223 void
1224 vm_page_unqueue(vm_page_t m)
1225 {
1226         u_short queue;
1227
1228         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1229         queue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1230         if (queue == PQ_FREE || queue == PQ_CACHE) {
1231                 vm_page_spin_unlock(m);
1232                 pagedaemon_wakeup();
1233         } else {
1234                 vm_page_spin_unlock(m);
1235         }
1236 }
1237
1238 /*
1239  * vm_page_list_find()
1240  *
1241  * Find a page on the specified queue with color optimization.
1242  *
1243  * The page coloring optimization attempts to locate a page that does
1244  * not overload other nearby pages in the object in the cpu's L1 or L2
1245  * caches.  We need this optimization because cpu caches tend to be
1246  * physical caches, while object spaces tend to be virtual.
1247  *
1248  * On MP systems each PQ_FREE and PQ_CACHE color queue has its own spinlock
1249  * and the algorithm is adjusted to localize allocations on a per-core basis.
1250  * This is done by 'twisting' the colors.
1251  *
1252  * The page is returned spinlocked and removed from its queue (it will
1253  * be on PQ_NONE), or NULL. The page is not PG_BUSY'd.  The caller
1254  * is responsible for dealing with the busy-page case (usually by
1255  * deactivating the page and looping).
1256  *
1257  * NOTE:  This routine is carefully inlined.  A non-inlined version
1258  *        is available for outside callers but the only critical path is
1259  *        from within this source file.
1260  *
1261  * NOTE:  This routine assumes that the vm_pages found in PQ_CACHE and PQ_FREE
1262  *        represent stable storage, allowing us to order our locks vm_page
1263  *        first, then queue.
1264  */
1265 static __inline
1266 vm_page_t
1267 _vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1268 {
1269         vm_page_t m;
1270
1271         for (;;) {
1272                 if (prefer_zero)
1273                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, pglist);
1274                 else
1275                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
1276                 if (m == NULL) {
1277                         m = _vm_page_list_find2(basequeue, index);
1278                         return(m);
1279                 }
1280                 vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1281                 if (m->queue == basequeue + index) {
1282                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1283                         /* vm_page_t spin held, no queue spin */
1284                         break;
1285                 }
1286                 vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1287         }
1288         return(m);
1289 }
1290
1291 static vm_page_t
1292 _vm_page_list_find2(int basequeue, int index)
1293 {
1294         int i;
1295         vm_page_t m = NULL;
1296         struct vpgqueues *pq;
1297
1298         pq = &vm_page_queues[basequeue];
1299
1300         /*
1301          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
1302          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
1303          * blown it by missing the cache case so we do not care.
1304          */
1305         for (i = PQ_L2_SIZE / 2; i > 0; --i) {
1306                 for (;;) {
1307                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_L2_MASK].pl);
1308                         if (m) {
1309                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1310                                 if (m->queue ==
1311                                     basequeue + ((index + i) & PQ_L2_MASK)) {
1312                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1313                                         return(m);
1314                                 }
1315                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1316                                 continue;
1317                         }
1318                         m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_L2_MASK].pl);
1319                         if (m) {
1320                                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
1321                                 if (m->queue ==
1322                                     basequeue + ((index - i) & PQ_L2_MASK)) {
1323                                         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1324                                         return(m);
1325                                 }
1326                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1327                                 continue;
1328                         }
1329                         break;  /* next i */
1330                 }
1331         }
1332         return(m);
1333 }
1334
1335 /*
1336  * Returns a vm_page candidate for allocation.  The page is not busied so
1337  * it can move around.  The caller must busy the page (and typically
1338  * deactivate it if it cannot be busied!)
1339  *
1340  * Returns a spinlocked vm_page that has been removed from its queue.
1341  */
1342 vm_page_t
1343 vm_page_list_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
1344 {
1345         return(_vm_page_list_find(basequeue, index, prefer_zero));
1346 }
1347
1348 /*
1349  * Find a page on the cache queue with color optimization, remove it
1350  * from the queue, and busy it.  The returned page will not be spinlocked.
1351  *
1352  * A candidate failure will be deactivated.  Candidates can fail due to
1353  * being busied by someone else, in which case they will be deactivated.
1354  *
1355  * This routine may not block.
1356  *
1357  */
1358 static vm_page_t
1359 vm_page_select_cache(u_short pg_color)
1360 {
1361         vm_page_t m;
1362
1363         for (;;) {
1364                 m = _vm_page_list_find(PQ_CACHE, pg_color & PQ_L2_MASK, FALSE);
1365                 if (m == NULL)
1366                         break;
1367                 /*
1368                  * (m) has been removed from its queue and spinlocked
1369                  */
1370                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1371                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1372                         vm_page_spin_unlock(m);
1373                 } else {
1374                         /*
1375                          * We successfully busied the page
1376                          */
1377                         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) == 0 &&
1378                             m->hold_count == 0 &&
1379                             m->wire_count == 0 &&
1380                             (m->dirty & m->valid) == 0) {
1381                                 vm_page_spin_unlock(m);
1382                                 pagedaemon_wakeup();
1383                                 return(m);
1384                         }
1385
1386                         /*
1387                          * The page cannot be recycled, deactivate it.
1388                          */
1389                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1390                         if (_vm_page_wakeup(m)) {
1391                                 vm_page_spin_unlock(m);
1392                                 wakeup(m);
1393                         } else {
1394                                 vm_page_spin_unlock(m);
1395                         }
1396                 }
1397         }
1398         return (m);
1399 }
1400
1401 /*
1402  * Find a free or zero page, with specified preference.  We attempt to
1403  * inline the nominal case and fall back to _vm_page_select_free() 
1404  * otherwise.  A busied page is removed from the queue and returned.
1405  *
1406  * This routine may not block.
1407  */
1408 static __inline vm_page_t
1409 vm_page_select_free(u_short pg_color, boolean_t prefer_zero)
1410 {
1411         vm_page_t m;
1412
1413         for (;;) {
1414                 m = _vm_page_list_find(PQ_FREE, pg_color & PQ_L2_MASK,
1415                                        prefer_zero);
1416                 if (m == NULL)
1417                         break;
1418                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
1419                         /*
1420                          * Various mechanisms such as a pmap_collect can
1421                          * result in a busy page on the free queue.  We
1422                          * have to move the page out of the way so we can
1423                          * retry the allocation.  If the other thread is not
1424                          * allocating the page then m->valid will remain 0 and
1425                          * the pageout daemon will free the page later on.
1426                          *
1427                          * Since we could not busy the page, however, we
1428                          * cannot make assumptions as to whether the page
1429                          * will be allocated by the other thread or not,
1430                          * so all we can do is deactivate it to move it out
1431                          * of the way.  In particular, if the other thread
1432                          * wires the page it may wind up on the inactive
1433                          * queue and the pageout daemon will have to deal
1434                          * with that case too.
1435                          */
1436                         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
1437                         vm_page_spin_unlock(m);
1438                 } else {
1439                         /*
1440                          * Theoretically if we are able to busy the page
1441                          * atomic with the queue removal (using the vm_page
1442                          * lock) nobody else should be able to mess with the
1443                          * page before us.
1444                          */
1445                         KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
1446                                               PG_NEED_COMMIT)) == 0);
1447                         KKASSERT(m->hold_count == 0);
1448                         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1449                         vm_page_spin_unlock(m);
1450                         pagedaemon_wakeup();
1451
1452                         /* return busied and removed page */
1453                         return(m);
1454                 }
1455         }
1456         return(m);
1457 }
1458
1459 /*
1460  * This implements a per-cpu cache of free, zero'd, ready-to-go pages.
1461  * The idea is to populate this cache prior to acquiring any locks so
1462  * we don't wind up potentially zeroing VM pages (under heavy loads) while
1463  * holding potentialy contending locks.
1464  *
1465  * Note that we allocate the page uninserted into anything and use a pindex
1466  * of 0, the vm_page_alloc() will effectively add gd_cpuid so these
1467  * allocations should wind up being uncontended.  However, we still want
1468  * to rove across PQ_L2_SIZE.
1469  */
1470 void
1471 vm_page_pcpu_cache(void)
1472 {
1473 #if 0
1474         globaldata_t gd = mycpu;
1475         vm_page_t m;
1476
1477         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MINVMPG) {
1478                 crit_enter_gd(gd);
1479                 while (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1480                         m = vm_page_alloc(NULL, ticks & ~ncpus2_mask,
1481                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_NORMAL |
1482                                           VM_ALLOC_NULL_OK | VM_ALLOC_ZERO);
1483                         if (gd->gd_vmpg_count < GD_MAXVMPG) {
1484                                 if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1485                                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1486                                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
1487                                 }
1488                                 gd->gd_vmpg_array[gd->gd_vmpg_count++] = m;
1489                         } else {
1490                                 vm_page_free(m);
1491                         }
1492                 }
1493                 crit_exit_gd(gd);
1494         }
1495 #endif
1496 }
1497
1498 /*
1499  * vm_page_alloc()
1500  *
1501  * Allocate and return a memory cell associated with this VM object/offset
1502  * pair.  If object is NULL an unassociated page will be allocated.
1503  *
1504  * The returned page will be busied and removed from its queues.  This
1505  * routine can block and may return NULL if a race occurs and the page
1506  * is found to already exist at the specified (object, pindex).
1507  *
1508  *      VM_ALLOC_NORMAL         allow use of cache pages, nominal free drain
1509  *      VM_ALLOC_QUICK          like normal but cannot use cache
1510  *      VM_ALLOC_SYSTEM         greater free drain
1511  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      allow free list to be completely drained
1512  *      VM_ALLOC_ZERO           advisory request for pre-zero'd page only
1513  *      VM_ALLOC_FORCE_ZERO     advisory request for pre-zero'd page only
1514  *      VM_ALLOC_NULL_OK        ok to return NULL on insertion collision
1515  *                              (see vm_page_grab())
1516  *      VM_ALLOC_USE_GD         ok to use per-gd cache
1517  *
1518  * The object must be held if not NULL
1519  * This routine may not block
1520  *
1521  * Additional special handling is required when called from an interrupt
1522  * (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with the page cache
1523  * in this case.
1524  */
1525 vm_page_t
1526 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
1527 {
1528         globaldata_t gd = mycpu;
1529         vm_object_t obj;
1530         vm_page_t m;
1531         u_short pg_color;
1532
1533 #if 0
1534         /*
1535          * Special per-cpu free VM page cache.  The pages are pre-busied
1536          * and pre-zerod for us.
1537          */
1538         if (gd->gd_vmpg_count && (page_req & VM_ALLOC_USE_GD)) {
1539                 crit_enter_gd(gd);
1540                 if (gd->gd_vmpg_count) {
1541                         m = gd->gd_vmpg_array[--gd->gd_vmpg_count];
1542                         crit_exit_gd(gd);
1543                         goto done;
1544                 }
1545                 crit_exit_gd(gd);
1546         }
1547 #endif
1548         m = NULL;
1549
1550         /*
1551          * Cpu twist - cpu localization algorithm
1552          */
1553         if (object) {
1554                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask) +
1555                            (object->pg_color & ~ncpus_fit_mask);
1556         } else {
1557                 pg_color = gd->gd_cpuid + (pindex & ~ncpus_fit_mask);
1558         }
1559         KKASSERT(page_req & 
1560                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_QUICK|
1561                  VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
1562
1563         /*
1564          * Certain system threads (pageout daemon, buf_daemon's) are
1565          * allowed to eat deeper into the free page list.
1566          */
1567         if (curthread->td_flags & TDF_SYSTHREAD)
1568                 page_req |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1569
1570 loop:
1571         if (vmstats.v_free_count > vmstats.v_free_reserved ||
1572             ((page_req & VM_ALLOC_INTERRUPT) && vmstats.v_free_count > 0) ||
1573             ((page_req & VM_ALLOC_SYSTEM) && vmstats.v_cache_count == 0 &&
1574                 vmstats.v_free_count > vmstats.v_interrupt_free_min)
1575         ) {
1576                 /*
1577                  * The free queue has sufficient free pages to take one out.
1578                  */
1579                 if (page_req & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO))
1580                         m = vm_page_select_free(pg_color, TRUE);
1581                 else
1582                         m = vm_page_select_free(pg_color, FALSE);
1583         } else if (page_req & VM_ALLOC_NORMAL) {
1584                 /*
1585                  * Allocatable from the cache (non-interrupt only).  On
1586                  * success, we must free the page and try again, thus
1587                  * ensuring that vmstats.v_*_free_min counters are replenished.
1588                  */
1589 #ifdef INVARIANTS
1590                 if (curthread->td_preempted) {
1591                         kprintf("vm_page_alloc(): warning, attempt to allocate"
1592                                 " cache page from preempting interrupt\n");
1593                         m = NULL;
1594                 } else {
1595                         m = vm_page_select_cache(pg_color);
1596                 }
1597 #else
1598                 m = vm_page_select_cache(pg_color);
1599 #endif
1600                 /*
1601                  * On success move the page into the free queue and loop.
1602                  *
1603                  * Only do this if we can safely acquire the vm_object lock,
1604                  * because this is effectively a random page and the caller
1605                  * might be holding the lock shared, we don't want to
1606                  * deadlock.
1607                  */
1608                 if (m != NULL) {
1609                         KASSERT(m->dirty == 0,
1610                                 ("Found dirty cache page %p", m));
1611                         if ((obj = m->object) != NULL) {
1612                                 if (vm_object_hold_try(obj)) {
1613                                         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1614                                         vm_page_free(m);
1615                                         /* m->object NULL here */
1616                                         vm_object_drop(obj);
1617                                 } else {
1618                                         vm_page_deactivate(m);
1619                                         vm_page_wakeup(m);
1620                                 }
1621                         } else {
1622                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1623                                 vm_page_free(m);
1624                         }
1625                         goto loop;
1626                 }
1627
1628                 /*
1629                  * On failure return NULL
1630                  */
1631 #if defined(DIAGNOSTIC)
1632                 if (vmstats.v_cache_count > 0)
1633                         kprintf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", vmstats.v_cache_count);
1634 #endif
1635                 vm_pageout_deficit++;
1636                 pagedaemon_wakeup();
1637                 return (NULL);
1638         } else {
1639                 /*
1640                  * No pages available, wakeup the pageout daemon and give up.
1641                  */
1642                 vm_pageout_deficit++;
1643                 pagedaemon_wakeup();
1644                 return (NULL);
1645         }
1646
1647         /*
1648          * v_free_count can race so loop if we don't find the expected
1649          * page.
1650          */
1651         if (m == NULL)
1652                 goto loop;
1653
1654         /*
1655          * Good page found.  The page has already been busied for us and
1656          * removed from its queues.
1657          */
1658         KASSERT(m->dirty == 0,
1659                 ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1660         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
1661
1662 #if 0
1663 done:
1664 #endif
1665         /*
1666          * Initialize the structure, inheriting some flags but clearing
1667          * all the rest.  The page has already been busied for us.
1668          */
1669         vm_page_flag_clear(m, ~(PG_ZERO | PG_BUSY | PG_SBUSY));
1670         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1671         KKASSERT(m->busy == 0);
1672         m->act_count = 0;
1673         m->valid = 0;
1674
1675         /*
1676          * Caller must be holding the object lock (asserted by
1677          * vm_page_insert()).
1678          *
1679          * NOTE: Inserting a page here does not insert it into any pmaps
1680          *       (which could cause us to block allocating memory).
1681          *
1682          * NOTE: If no object an unassociated page is allocated, m->pindex
1683          *       can be used by the caller for any purpose.
1684          */
1685         if (object) {
1686                 if (vm_page_insert(m, object, pindex) == FALSE) {
1687                         vm_page_free(m);
1688                         if ((page_req & VM_ALLOC_NULL_OK) == 0)
1689                                 panic("PAGE RACE %p[%ld]/%p",
1690                                       object, (long)pindex, m);
1691                         m = NULL;
1692                 }
1693         } else {
1694                 m->pindex = pindex;
1695         }
1696
1697         /*
1698          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1699          * we would be nearly out of memory.
1700          */
1701         pagedaemon_wakeup();
1702
1703         /*
1704          * A PG_BUSY page is returned.
1705          */
1706         return (m);
1707 }
1708
1709 /*
1710  * Attempt to allocate contiguous physical memory with the specified
1711  * requirements.
1712  */
1713 vm_page_t
1714 vm_page_alloc_contig(vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
1715                      unsigned long alignment, unsigned long boundary,
1716                      unsigned long size, vm_memattr_t memattr)
1717 {
1718         alist_blk_t blk;
1719         vm_page_t m;
1720         int i;
1721
1722         alignment >>= PAGE_SHIFT;
1723         if (alignment == 0)
1724                 alignment = 1;
1725         boundary >>= PAGE_SHIFT;
1726         if (boundary == 0)
1727                 boundary = 1;
1728         size = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1729
1730         spin_lock(&vm_contig_spin);
1731         blk = alist_alloc(&vm_contig_alist, 0, size);
1732         if (blk == ALIST_BLOCK_NONE) {
1733                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1734                 if (bootverbose) {
1735                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk nospace\n",
1736                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1737                 }
1738                 return(NULL);
1739         }
1740         if (high && ((vm_paddr_t)(blk + size) << PAGE_SHIFT) > high) {
1741                 alist_free(&vm_contig_alist, blk, size);
1742                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1743                 if (bootverbose) {
1744                         kprintf("vm_page_alloc_contig: %ldk high "
1745                                 "%016jx failed\n",
1746                                 (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024),
1747                                 (intmax_t)high);
1748                 }
1749                 return(NULL);
1750         }
1751         spin_unlock(&vm_contig_spin);
1752         if (vm_contig_verbose) {
1753                 kprintf("vm_page_alloc_contig: %016jx/%ldk\n",
1754                         (intmax_t)(vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT,
1755                         (size + PAGE_MASK) * (PAGE_SIZE / 1024));
1756         }
1757
1758         m = PHYS_TO_VM_PAGE((vm_paddr_t)blk << PAGE_SHIFT);
1759         if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1760                 for (i = 0;i < size;i++)
1761                         pmap_page_set_memattr(&m[i], memattr);
1762         return m;
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Free contiguously allocated pages.  The pages will be wired but not busy.
1767  * When freeing to the alist we leave them wired and not busy.
1768  */
1769 void
1770 vm_page_free_contig(vm_page_t m, unsigned long size)
1771 {
1772         vm_paddr_t pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1773         vm_pindex_t start = pa >> PAGE_SHIFT;
1774         vm_pindex_t pages = (size + PAGE_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1775
1776         if (vm_contig_verbose) {
1777                 kprintf("vm_page_free_contig:  %016jx/%ldk\n",
1778                         (intmax_t)pa, size / 1024);
1779         }
1780         if (pa < vm_low_phys_reserved) {
1781                 KKASSERT(pa + size <= vm_low_phys_reserved);
1782                 spin_lock(&vm_contig_spin);
1783                 alist_free(&vm_contig_alist, start, pages);
1784                 spin_unlock(&vm_contig_spin);
1785         } else {
1786                 while (pages) {
1787                         vm_page_busy_wait(m, FALSE, "cpgfr");
1788                         vm_page_unwire(m, 0);
1789                         vm_page_free(m);
1790                         --pages;
1791                         ++m;
1792                 }
1793
1794         }
1795 }
1796
1797
1798 /*
1799  * Wait for sufficient free memory for nominal heavy memory use kernel
1800  * operations.
1801  *
1802  * WARNING!  Be sure never to call this in any vm_pageout code path, which
1803  *           will trivially deadlock the system.
1804  */
1805 void
1806 vm_wait_nominal(void)
1807 {
1808         while (vm_page_count_min(0))
1809                 vm_wait(0);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Test if vm_wait_nominal() would block.
1814  */
1815 int
1816 vm_test_nominal(void)
1817 {
1818         if (vm_page_count_min(0))
1819                 return(1);
1820         return(0);
1821 }
1822
1823 /*
1824  * Block until free pages are available for allocation, called in various
1825  * places before memory allocations.
1826  *
1827  * The caller may loop if vm_page_count_min() == FALSE so we cannot be
1828  * more generous then that.
1829  */
1830 void
1831 vm_wait(int timo)
1832 {
1833         /*
1834          * never wait forever
1835          */
1836         if (timo == 0)
1837                 timo = hz;
1838         lwkt_gettoken(&vm_token);
1839
1840         if (curthread == pagethread) {
1841                 /*
1842                  * The pageout daemon itself needs pages, this is bad.
1843                  */
1844                 if (vm_page_count_min(0)) {
1845                         vm_pageout_pages_needed = 1;
1846                         tsleep(&vm_pageout_pages_needed, 0, "VMWait", timo);
1847                 }
1848         } else {
1849                 /*
1850                  * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1851                  *
1852                  * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
1853                  * as load might prevent it from being reached any time soon.
1854                  * But wait a little to try to slow down page allocations
1855                  * and to give more important threads (the pagedaemon)
1856                  * allocation priority.
1857                  */
1858                 if (vm_page_count_target()) {
1859                         if (vm_pages_needed == 0) {
1860                                 vm_pages_needed = 1;
1861                                 wakeup(&vm_pages_needed);
1862                         }
1863                         ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1864                         tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "vmwait", timo);
1865                 }
1866         }
1867         lwkt_reltoken(&vm_token);
1868 }
1869
1870 /*
1871  * Block until free pages are available for allocation
1872  *
1873  * Called only from vm_fault so that processes page faulting can be
1874  * easily tracked.
1875  */
1876 void
1877 vm_wait_pfault(void)
1878 {
1879         /*
1880          * Wakeup the pageout daemon if necessary and wait.
1881          *
1882          * Do not wait indefinitely for the target to be reached,
1883          * as load might prevent it from being reached any time soon.
1884          * But wait a little to try to slow down page allocations
1885          * and to give more important threads (the pagedaemon)
1886          * allocation priority.
1887          */
1888         if (vm_page_count_min(0)) {
1889                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1890                 while (vm_page_count_severe()) {
1891                         if (vm_page_count_target()) {
1892                                 if (vm_pages_needed == 0) {
1893                                         vm_pages_needed = 1;
1894                                         wakeup(&vm_pages_needed);
1895                                 }
1896                                 ++vm_pages_waiting;     /* SMP race ok */
1897                                 tsleep(&vmstats.v_free_count, 0, "pfault", hz);
1898                         }
1899                 }
1900                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1901         }
1902 }
1903
1904 /*
1905  * Put the specified page on the active list (if appropriate).  Ensure
1906  * that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
1907  *
1908  * The caller should be holding the page busied ? XXX
1909  * This routine may not block.
1910  */
1911 void
1912 vm_page_activate(vm_page_t m)
1913 {
1914         u_short oqueue;
1915
1916         vm_page_spin_lock(m);
1917         if (m->queue - m->pc != PQ_ACTIVE) {
1918                 _vm_page_queue_spin_lock(m);
1919                 oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
1920                 /* page is left spinlocked, queue is unlocked */
1921
1922                 if (oqueue == PQ_CACHE)
1923                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
1924                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1925                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1926                                 m->act_count = ACT_INIT;
1927                         _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
1928                 }
1929                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
1930                 if (oqueue == PQ_CACHE || oqueue == PQ_FREE)
1931                         pagedaemon_wakeup();
1932         } else {
1933                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1934                         m->act_count = ACT_INIT;
1935                 vm_page_spin_unlock(m);
1936         }
1937 }
1938
1939 /*
1940  * Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1941  * routine is called when a page has been added to the cache or free
1942  * queues.
1943  *
1944  * This routine may not block.
1945  */
1946 static __inline void
1947 vm_page_free_wakeup(void)
1948 {
1949         /*
1950          * If the pageout daemon itself needs pages, then tell it that
1951          * there are some free.
1952          */
1953         if (vm_pageout_pages_needed &&
1954             vmstats.v_cache_count + vmstats.v_free_count >= 
1955             vmstats.v_pageout_free_min
1956         ) {
1957                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1958                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1959         }
1960
1961         /*
1962          * Wakeup processes that are waiting on memory.
1963          *
1964          * Generally speaking we want to wakeup stuck processes as soon as
1965          * possible.  !vm_page_count_min(0) is the absolute minimum point
1966          * where we can do this.  Wait a bit longer to reduce degenerate
1967          * re-blocking (vm_page_free_hysteresis).  The target check is just
1968          * to make sure the min-check w/hysteresis does not exceed the
1969          * normal target.
1970          */
1971         if (vm_pages_waiting) {
1972                 if (!vm_page_count_min(vm_page_free_hysteresis) ||
1973                     !vm_page_count_target()) {
1974                         vm_pages_waiting = 0;
1975                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1976                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1977                 }
1978 #if 0
1979                 if (!vm_page_count_target()) {
1980                         /*
1981                          * Plenty of pages are free, wakeup everyone.
1982                          */
1983                         vm_pages_waiting = 0;
1984                         wakeup(&vmstats.v_free_count);
1985                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1986                 } else if (!vm_page_count_min(0)) {
1987                         /*
1988                          * Some pages are free, wakeup someone.
1989                          */
1990                         int wcount = vm_pages_waiting;
1991                         if (wcount > 0)
1992                                 --wcount;
1993                         vm_pages_waiting = wcount;
1994                         wakeup_one(&vmstats.v_free_count);
1995                         ++mycpu->gd_cnt.v_ppwakeups;
1996                 }
1997 #endif
1998         }
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Returns the given page to the PQ_FREE or PQ_HOLD list and disassociates
2003  * it from its VM object.
2004  *
2005  * The vm_page must be PG_BUSY on entry.  PG_BUSY will be released on
2006  * return (the page will have been freed).
2007  */
2008 void
2009 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2010 {
2011         mycpu->gd_cnt.v_tfree++;
2012         KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2013         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2014
2015         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
2016                 kprintf("vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), "
2017                         "PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
2018                         (u_long)m->pindex, m->busy,
2019                         ((m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0), m->hold_count);
2020                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
2021                         panic("vm_page_free: freeing free page");
2022                 else
2023                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
2024         }
2025
2026         /*
2027          * Remove from object, spinlock the page and its queues and
2028          * remove from any queue.  No queue spinlock will be held
2029          * after this section (because the page was removed from any
2030          * queue).
2031          */
2032         vm_page_remove(m);
2033         vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2034         _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2035
2036         /*
2037          * No further management of fictitious pages occurs beyond object
2038          * and queue removal.
2039          */
2040         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2041                 vm_page_spin_unlock(m);
2042                 vm_page_wakeup(m);
2043                 return;
2044         }
2045
2046         m->valid = 0;
2047         vm_page_undirty(m);
2048
2049         if (m->wire_count != 0) {
2050                 if (m->wire_count > 1) {
2051                     panic(
2052                         "vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
2053                         m->wire_count, (long)m->pindex);
2054                 }
2055                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
2056         }
2057
2058         /*
2059          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
2060          * Clear the NEED_COMMIT flag
2061          */
2062         if (m->flags & PG_UNMANAGED)
2063                 vm_page_flag_clear(m, PG_UNMANAGED);
2064         if (m->flags & PG_NEED_COMMIT)
2065                 vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2066
2067         if (m->hold_count != 0) {
2068                 vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2069                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_HOLD + m->pc, 0);
2070         } else {
2071                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_FREE + m->pc, 0);
2072         }
2073
2074         /*
2075          * This sequence allows us to clear PG_BUSY while still holding
2076          * its spin lock, which reduces contention vs allocators.  We
2077          * must not leave the queue locked or _vm_page_wakeup() may
2078          * deadlock.
2079          */
2080         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2081         if (_vm_page_wakeup(m)) {
2082                 vm_page_spin_unlock(m);
2083                 wakeup(m);
2084         } else {
2085                 vm_page_spin_unlock(m);
2086         }
2087         vm_page_free_wakeup();
2088 }
2089
2090 /*
2091  * vm_page_free_fromq_fast()
2092  *
2093  * Remove a non-zero page from one of the free queues; the page is removed for
2094  * zeroing, so do not issue a wakeup.
2095  */
2096 vm_page_t
2097 vm_page_free_fromq_fast(void)
2098 {
2099         static int qi;
2100         vm_page_t m;
2101         int i;
2102
2103         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; ++i) {
2104                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, qi, FALSE);
2105                 /* page is returned spinlocked and removed from its queue */
2106                 if (m) {
2107                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2108                                 /*
2109                                  * We were unable to busy the page, deactivate
2110                                  * it and loop.
2111                                  */
2112                                 _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2113                                 vm_page_spin_unlock(m);
2114                         } else if (m->flags & PG_ZERO) {
2115                                 /*
2116                                  * The page is PG_ZERO, requeue it and loop
2117                                  */
2118                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2119                                                               PQ_FREE + m->pc,
2120                                                               0);
2121                                 vm_page_queue_spin_unlock(m);
2122                                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2123                                         vm_page_spin_unlock(m);
2124                                         wakeup(m);
2125                                 } else {
2126                                         vm_page_spin_unlock(m);
2127                                 }
2128                         } else {
2129                                 /*
2130                                  * The page is not PG_ZERO'd so return it.
2131                                  */
2132                                 vm_page_spin_unlock(m);
2133                                 KKASSERT((m->flags & (PG_UNMANAGED |
2134                                                       PG_NEED_COMMIT)) == 0);
2135                                 KKASSERT(m->hold_count == 0);
2136                                 KKASSERT(m->wire_count == 0);
2137                                 break;
2138                         }
2139                         m = NULL;
2140                 }
2141                 qi = (qi + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
2142         }
2143         return (m);
2144 }
2145
2146 /*
2147  * vm_page_unmanage()
2148  *
2149  * Prevent PV management from being done on the page.  The page is
2150  * removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
2151  * consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
2152  * touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
2153  * page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
2154  * operate on the page.
2155  *
2156  * Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
2157  * will clear the flag.
2158  *
2159  * This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
2160  * physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
2161  * will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
2162  * mappings.
2163  *
2164  * Caller must be holding the page busy.
2165  */
2166 void
2167 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
2168 {
2169         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2170         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2171                 if (m->wire_count == 0)
2172                         vm_page_unqueue(m);
2173         }
2174         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
2175 }
2176
2177 /*
2178  * Mark this page as wired down by yet another map, removing it from
2179  * paging queues as necessary.
2180  *
2181  * Caller must be holding the page busy.
2182  */
2183 void
2184 vm_page_wire(vm_page_t m)
2185 {
2186         /*
2187          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2188          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2189          * it is already off the queues).  Don't do anything with fictitious
2190          * pages because they are always wired.
2191          */
2192         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2193         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2194                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, 1) == 0) {
2195                         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
2196                                 vm_page_unqueue(m);
2197                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, 1);
2198                 }
2199                 KASSERT(m->wire_count != 0,
2200                         ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2201         }
2202 }
2203
2204 /*
2205  * Release one wiring of this page, potentially enabling it to be paged again.
2206  *
2207  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2208  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2209  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2210  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2211  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2212  * if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
2213  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2214  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2215  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2216  * reused more quickly.
2217  *
2218  * Pages marked PG_NEED_COMMIT are always activated and never placed on
2219  * the inactive queue.  This helps the pageout daemon determine memory
2220  * pressure and act on out-of-memory situations more quickly.
2221  *
2222  * BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
2223  * put clean pages on the cache queue.
2224  *
2225  * A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
2226  * will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
2227  * be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
2228  * dirty pages in the cache are not allowed.
2229  *
2230  * The page queues must be locked.
2231  * This routine may not block.
2232  */
2233 void
2234 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2235 {
2236         KKASSERT(m->flags & PG_BUSY);
2237         if (m->flags & PG_FICTITIOUS) {
2238                 /* do nothing */
2239         } else if (m->wire_count <= 0) {
2240                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
2241         } else {
2242                 if (atomic_fetchadd_int(&m->wire_count, -1) == 1) {
2243                         atomic_add_int(&vmstats.v_wire_count, -1);
2244                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
2245                                 ;
2246                         } else if (activate || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2247                                 vm_page_spin_lock(m);
2248                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2249                                                         PQ_ACTIVE + m->pc, 0);
2250                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2251                         } else {
2252                                 vm_page_spin_lock(m);
2253                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2254                                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m,
2255                                                         PQ_INACTIVE + m->pc, 0);
2256                                 ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2257                                 _vm_page_and_queue_spin_unlock(m);
2258                         }
2259                 }
2260         }
2261 }
2262
2263 /*
2264  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
2265  * any associated swap, the swap is deallocated.
2266  *
2267  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2268  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2269  * except without unmapping it from the process address space.
2270  *
2271  * vm_page's spinlock must be held on entry and will remain held on return.
2272  * This routine may not block.
2273  */
2274 static void
2275 _vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m, int athead)
2276 {
2277         u_short oqueue;
2278
2279         /*
2280          * Ignore if already inactive.
2281          */
2282         if (m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE)
2283                 return;
2284         _vm_page_queue_spin_lock(m);
2285         oqueue = _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2286
2287         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
2288                 if (oqueue == PQ_CACHE)
2289                         mycpu->gd_cnt.v_reactivated++;
2290                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
2291                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_INACTIVE + m->pc, athead);
2292                 if (athead == 0)
2293                         ++vm_swapcache_inactive_heuristic;
2294         }
2295         _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2296         /* leaves vm_page spinlocked */
2297 }
2298
2299 /*
2300  * Attempt to deactivate a page.
2301  *
2302  * No requirements.
2303  */
2304 void
2305 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2306 {
2307         vm_page_spin_lock(m);
2308         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2309         vm_page_spin_unlock(m);
2310 }
2311
2312 void
2313 vm_page_deactivate_locked(vm_page_t m)
2314 {
2315         _vm_page_deactivate_locked(m, 0);
2316 }
2317
2318 /*
2319  * Attempt to move a page to PQ_CACHE.
2320  *
2321  * Returns 0 on failure, 1 on success
2322  *
2323  * The page should NOT be busied by the caller.  This function will validate
2324  * whether the page can be safely moved to the cache.
2325  */
2326 int
2327 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2328 {
2329         vm_page_spin_lock(m);
2330         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2331                 vm_page_spin_unlock(m);
2332                 return(0);
2333         }
2334         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2335             (m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT))) {
2336                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2337                         vm_page_spin_unlock(m);
2338                         wakeup(m);
2339                 } else {
2340                         vm_page_spin_unlock(m);
2341                 }
2342                 return(0);
2343         }
2344         vm_page_spin_unlock(m);
2345
2346         /*
2347          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages cannot
2348          * be moved to the cache.
2349          */
2350         vm_page_test_dirty(m);
2351         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2352                 vm_page_wakeup(m);
2353                 return(0);
2354         }
2355         vm_page_cache(m);
2356         return(1);
2357 }
2358
2359 /*
2360  * Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2361  * 1 is returned on success, 0 on failure.
2362  *
2363  * No requirements.
2364  */
2365 int
2366 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2367 {
2368         vm_page_spin_lock(m);
2369         if (vm_page_busy_try(m, TRUE)) {
2370                 vm_page_spin_unlock(m);
2371                 return(0);
2372         }
2373
2374         /*
2375          * The page can be in any state, including already being on the free
2376          * queue.  Check to see if it really can be freed.
2377          */
2378         if (m->dirty ||                         /* can't free if it is dirty */
2379             m->hold_count ||                    /* or held (XXX may be wrong) */
2380             m->wire_count ||                    /* or wired */
2381             (m->flags & (PG_UNMANAGED |         /* or unmanaged */
2382                          PG_NEED_COMMIT)) ||    /* or needs a commit */
2383             m->queue - m->pc == PQ_FREE ||      /* already on PQ_FREE */
2384             m->queue - m->pc == PQ_HOLD) {      /* already on PQ_HOLD */
2385                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2386                         vm_page_spin_unlock(m);
2387                         wakeup(m);
2388                 } else {
2389                         vm_page_spin_unlock(m);
2390                 }
2391                 return(0);
2392         }
2393         vm_page_spin_unlock(m);
2394
2395         /*
2396          * We can probably free the page.
2397          *
2398          * Page busied by us and no longer spinlocked.  Dirty pages will
2399          * not be freed by this function.    We have to re-test the
2400          * dirty bit after cleaning out the pmaps.
2401          */
2402         vm_page_test_dirty(m);
2403         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2404                 vm_page_wakeup(m);
2405                 return(0);
2406         }
2407         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2408         if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2409                 vm_page_wakeup(m);
2410                 return(0);
2411         }
2412         vm_page_free(m);
2413         return(1);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * vm_page_cache
2418  *
2419  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2420  *
2421  * The page must be busy, and this routine will release the busy and
2422  * possibly even free the page.
2423  */
2424 void
2425 vm_page_cache(vm_page_t m)
2426 {
2427         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_NEED_COMMIT)) ||
2428             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2429                 kprintf("vm_page_cache: attempting to cache busy/held page\n");
2430                 vm_page_wakeup(m);
2431                 return;
2432         }
2433
2434         /*
2435          * Already in the cache (and thus not mapped)
2436          */
2437         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2438                 KKASSERT((m->flags & PG_MAPPED) == 0);
2439                 vm_page_wakeup(m);
2440                 return;
2441         }
2442
2443         /*
2444          * Caller is required to test m->dirty, but note that the act of
2445          * removing the page from its maps can cause it to become dirty
2446          * on an SMP system due to another cpu running in usermode.
2447          */
2448         if (m->dirty) {
2449                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
2450                         (long)m->pindex);
2451         }
2452
2453         /*
2454          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
2455          * writeable or mapped.  Our vm_page_protect() call may
2456          * have blocked (especially w/ VM_PROT_NONE), so recheck
2457          * everything.
2458          */
2459         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
2460         if ((m->flags & (PG_UNMANAGED | PG_MAPPED)) ||
2461             m->busy || m->wire_count || m->hold_count) {
2462                 vm_page_wakeup(m);
2463         } else if (m->dirty || (m->flags & PG_NEED_COMMIT)) {
2464                 vm_page_deactivate(m);
2465                 vm_page_wakeup(m);
2466         } else {
2467                 _vm_page_and_queue_spin_lock(m);
2468                 _vm_page_rem_queue_spinlocked(m);
2469                 _vm_page_add_queue_spinlocked(m, PQ_CACHE + m->pc, 0);
2470                 _vm_page_queue_spin_unlock(m);
2471                 if (_vm_page_wakeup(m)) {
2472                         vm_page_spin_unlock(m);
2473                         wakeup(m);
2474                 } else {
2475                         vm_page_spin_unlock(m);
2476                 }
2477                 vm_page_free_wakeup();
2478         }
2479 }
2480
2481 /*
2482  * vm_page_dontneed()
2483  *
2484  * Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2485  * is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2486  *
2487  * Generally speaking we want to move the page into the cache so
2488  * it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2489  * due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2490  * fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2491  * queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2492  * unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2493  *
2494  * The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2495  * either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2496  * where moving them to the cache has the highest weighting.
2497  * By forcing some pages into other queues we eventually force the
2498  * system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2499  * space from active.  The idea is to not force this to happen too
2500  * often.
2501  *
2502  * The page must be busied.
2503  */
2504 void
2505 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2506 {
2507         static int dnweight;
2508         int dnw;
2509         int head;
2510
2511         dnw = ++dnweight;
2512
2513         /*
2514          * occassionally leave the page alone
2515          */
2516         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
2517             m->queue - m->pc == PQ_INACTIVE ||
2518             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
2519         ) {
2520                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2521                         --m->act_count;
2522                 return;
2523         }
2524
2525         /*
2526          * If vm_page_dontneed() is inactivating a page, it must clear
2527          * the referenced flag; otherwise the pagedaemon will see references
2528          * on the page in the inactive queue and reactivate it. Until the 
2529          * page can move to the cache queue, madvise's job is not done.
2530          */
2531         vm_page_flag_clear(m, PG_REFERENCED);
2532         pmap_clear_reference(m);
2533
2534         if (m->dirty == 0)
2535                 vm_page_test_dirty(m);
2536
2537         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2538                 /*
2539                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2540                  */
2541                 head = 0;
2542         } else {
2543                 /*
2544                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2545                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2546                  * at the head of the queue instead of the tail.
2547                  */
2548                 head = 1;
2549         }
2550         vm_page_spin_lock(m);
2551         _vm_page_deactivate_locked(m, head);
2552         vm_page_spin_unlock(m);
2553 }
2554
2555 /*
2556  * These routines manipulate the 'soft busy' count for a page.  A soft busy
2557  * is almost like PG_BUSY except that it allows certain compatible operations
2558  * to occur on the page while it is busy.  For example, a page undergoing a
2559  * write can still be mapped read-only.
2560  *
2561  * Because vm_pages can overlap buffers m->busy can be > 1.  m->busy is only
2562  * adjusted while the vm_page is PG_BUSY so the flash will occur when the
2563  * busy bit is cleared.
2564  */
2565 void
2566 vm_page_io_start(vm_page_t m)
2567 {
2568         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_start: page not busy!!!"));
2569         atomic_add_char(&m->busy, 1);
2570         vm_page_flag_set(m, PG_SBUSY);
2571 }
2572
2573 void
2574 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
2575 {
2576         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_io_finish: page not busy!!!"));
2577         atomic_subtract_char(&m->busy, 1);
2578         if (m->busy == 0)
2579                 vm_page_flag_clear(m, PG_SBUSY);
2580 }
2581
2582 /*
2583  * Indicate that a clean VM page requires a filesystem commit and cannot
2584  * be reused.  Used by tmpfs.
2585  */
2586 void
2587 vm_page_need_commit(vm_page_t m)
2588 {
2589         vm_page_flag_set(m, PG_NEED_COMMIT);
2590         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2591 }
2592
2593 void
2594 vm_page_clear_commit(vm_page_t m)
2595 {
2596         vm_page_flag_clear(m, PG_NEED_COMMIT);
2597 }
2598
2599 /*
2600  * Grab a page, blocking if it is busy and allocating a page if necessary.
2601  * A busy page is returned or NULL.  The page may or may not be valid and
2602  * might not be on a queue (the caller is responsible for the disposition of
2603  * the page).
2604  *
2605  * If VM_ALLOC_ZERO is specified and the grab must allocate a new page, the
2606  * page will be zero'd and marked valid.
2607  *
2608  * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO is specified the page will be zero'd and marked
2609  * valid even if it already exists.
2610  *
2611  * If VM_ALLOC_RETRY is specified this routine will never return NULL.  Also
2612  * note that VM_ALLOC_NORMAL must be specified if VM_ALLOC_RETRY is specified.
2613  * VM_ALLOC_NULL_OK is implied when VM_ALLOC_RETRY is specified.
2614  *
2615  * This routine may block, but if VM_ALLOC_RETRY is not set then NULL is
2616  * always returned if we had blocked.  
2617  *
2618  * This routine may not be called from an interrupt.
2619  *
2620  * PG_ZERO is *ALWAYS* cleared by this routine.
2621  *
2622  * No other requirements.
2623  */
2624 vm_page_t
2625 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2626 {
2627         vm_page_t m;
2628         int error;
2629
2630         KKASSERT(allocflags &
2631                 (VM_ALLOC_NORMAL|VM_ALLOC_INTERRUPT|VM_ALLOC_SYSTEM));
2632         vm_object_hold(object);
2633         for (;;) {
2634                 m = vm_page_lookup_busy_try(object, pindex, TRUE, &error);
2635                 if (error) {
2636                         vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "pgrbwt");
2637                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
2638                                 m = NULL;
2639                                 break;
2640                         }
2641                         /* retry */
2642                 } else if (m == NULL) {
2643                         if (allocflags & VM_ALLOC_RETRY)
2644                                 allocflags |= VM_ALLOC_NULL_OK;
2645                         m = vm_page_alloc(object, pindex,
2646                                           allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
2647                         if (m)
2648                                 break;
2649                         vm_wait(0);
2650                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
2651                                 goto failed;
2652                 } else {
2653                         /* m found */
2654                         break;
2655                 }
2656         }
2657
2658         /*
2659          * If VM_ALLOC_ZERO an invalid page will be zero'd and set valid.
2660          *
2661          * If VM_ALLOC_FORCE_ZERO the page is unconditionally zero'd and set
2662          * valid even if already valid.
2663          */
2664         if (m->valid == 0) {
2665                 if (allocflags & (VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_FORCE_ZERO)) {
2666                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2667                                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2668                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2669                 }
2670         } else if (allocflags & VM_ALLOC_FORCE_ZERO) {
2671                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2672                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2673         }
2674         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
2675 failed:
2676         vm_object_drop(object);
2677         return(m);
2678 }
2679
2680 /*
2681  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
2682  * a page.  May not block.
2683  *
2684  * Inputs are required to range within a page.
2685  *
2686  * No requirements.
2687  * Non blocking.
2688  */
2689 int
2690 vm_page_bits(int base, int size)
2691 {
2692         int first_bit;
2693         int last_bit;
2694
2695         KASSERT(
2696             base + size <= PAGE_SIZE,
2697             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2698         );
2699
2700         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2701                 return(0);
2702
2703         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2704         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2705
2706         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
2707 }
2708
2709 /*
2710  * Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2711  * to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2712  * of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2713  * such chunks will be zero'd.
2714  *
2715  * NOTE: When truncating a buffer vnode_pager_setsize() will automatically
2716  *       align base to DEV_BSIZE so as not to mark clean a partially
2717  *       truncated device block.  Otherwise the dirty page status might be
2718  *       lost.
2719  *
2720  * This routine may not block.
2721  *
2722  * (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2723  */
2724 static void
2725 _vm_page_zero_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2726 {
2727         int frag;
2728         int endoff;
2729
2730         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2731                 return;
2732
2733         /*
2734          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2735          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2736          * first block.
2737          */
2738
2739         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2740             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0
2741         ) {
2742                 pmap_zero_page_area(
2743                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2744                     frag,
2745                     base - frag
2746                 );
2747         }
2748
2749         /*
2750          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2751          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2752          * the last block.
2753          */
2754
2755         endoff = base + size;
2756
2757         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2758             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0
2759         ) {
2760                 pmap_zero_page_area(
2761                     VM_PAGE_TO_PHYS(m),
2762                     endoff,
2763                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1))
2764                 );
2765         }
2766 }
2767
2768 /*
2769  * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2770  * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2771  * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
2772  * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2773  * be set again.
2774  *
2775  * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2776  * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2777  * the range.
2778  *
2779  * Page must be busied?
2780  * No other requirements.
2781  */
2782 void
2783 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2784 {
2785         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2786         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2787 }
2788
2789
2790 /*
2791  * Set valid bits and clear dirty bits.
2792  *
2793  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2794  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2795  *       and size.
2796  *
2797  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_clean_one_page() will call
2798  *          this without necessarily busying the page (via bdwrite()).
2799  *          So for now vm_token must also be held.
2800  *
2801  * No other requirements.
2802  */
2803 void
2804 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2805 {
2806         int pagebits;
2807
2808         _vm_page_zero_valid(m, base, size);
2809         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2810         m->valid |= pagebits;
2811         m->dirty &= ~pagebits;
2812         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2813                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2814                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2815         }
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Set valid & dirty.  Used by buwrite()
2820  *
2821  * WARNING: Page must be busied?  But vfs_dirty_one_page() will
2822  *          call this function in buwrite() so for now vm_token must
2823  *          be held.
2824  *
2825  * No other requirements.
2826  */
2827 void
2828 vm_page_set_validdirty(vm_page_t m, int base, int size)
2829 {
2830         int pagebits;
2831
2832         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2833         m->valid |= pagebits;
2834         m->dirty |= pagebits;
2835         if (m->object)
2836                vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Clear dirty bits.
2841  *
2842  * NOTE: This function does not clear the pmap modified bit.
2843  *       Also note that e.g. NFS may use a byte-granular base
2844  *       and size.
2845  *
2846  * Page must be busied?
2847  * No other requirements.
2848  */
2849 void
2850 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2851 {
2852         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
2853         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2854                 /*pmap_clear_modify(m);*/
2855                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
2856         }
2857 }
2858
2859 /*
2860  * Make the page all-dirty.
2861  *
2862  * Also make sure the related object and vnode reflect the fact that the
2863  * object may now contain a dirty page.
2864  *
2865  * Page must be busied?
2866  * No other requirements.
2867  */
2868 void
2869 vm_page_dirty(vm_page_t m)
2870 {
2871 #ifdef INVARIANTS
2872         int pqtype = m->queue - m->pc;
2873 #endif
2874         KASSERT(pqtype != PQ_CACHE && pqtype != PQ_FREE,
2875                 ("vm_page_dirty: page in free/cache queue!"));
2876         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) {
2877                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
2878                 if (m->object)
2879                         vm_object_set_writeable_dirty(m->object);
2880         }
2881 }
2882
2883 /*
2884  * Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2885  * valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2886  *
2887  * Page must be busied?
2888  * Does not block.
2889  * No other requirements.
2890  */
2891 void
2892 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2893 {
2894         int bits;
2895
2896         bits = vm_page_bits(base, size);
2897         m->valid &= ~bits;
2898         m->dirty &= ~bits;
2899         m->object->generation++;
2900 }
2901
2902 /*
2903  * The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2904  * garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2905  * When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2906  * page so user code sees what it expects.
2907  *
2908  * Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2909  * into memory and the file's size is not page aligned.
2910  *
2911  * Page must be busied?
2912  * No other requirements.
2913  */
2914 void
2915 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2916 {
2917         int b;
2918         int i;
2919
2920         /*
2921          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2922          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2923          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2924          * vm_page_set_validclean().
2925          */
2926         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2927                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2928                     (m->valid & (1 << i))
2929                 ) {
2930                         if (i > b) {
2931                                 pmap_zero_page_area(
2932                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m), 
2933                                     b << DEV_BSHIFT,
2934                                     (i - b) << DEV_BSHIFT
2935                                 );
2936                         }
2937                         b = i + 1;
2938                 }
2939         }
2940
2941         /*
2942          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2943          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
2944          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2945          */
2946         if (setvalid)
2947                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2948 }
2949
2950 /*
2951  * Is a (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2952  * will return FALSE in the degenerate case where the page is entirely
2953  * invalid, and TRUE otherwise.
2954  *
2955  * Does not block.
2956  * No other requirements.
2957  */
2958 int
2959 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2960 {
2961         int bits = vm_page_bits(base, size);
2962
2963         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2964                 return 1;
2965         else
2966                 return 0;
2967 }
2968
2969 /*
2970  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
2971  *
2972  * Caller must hold the page busy
2973  */
2974 void
2975 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2976 {
2977         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
2978                 vm_page_dirty(m);
2979         }
2980 }
2981
2982 /*
2983  * Register an action, associating it with its vm_page
2984  */
2985 void
2986 vm_page_register_action(vm_page_action_t action, vm_page_event_t event)
2987 {
2988         struct vm_page_action_list *list;
2989         int hv;
2990
2991         hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
2992         list = &action_list[hv];
2993
2994         lwkt_gettoken(&vm_token);
2995         vm_page_flag_set(action->m, PG_ACTIONLIST);
2996         action->event = event;
2997         LIST_INSERT_HEAD(list, action, entry);
2998         lwkt_reltoken(&vm_token);
2999 }
3000
3001 /*
3002  * Unregister an action, disassociating it from its related vm_page
3003  */
3004 void
3005 vm_page_unregister_action(vm_page_action_t action)
3006 {
3007         struct vm_page_action_list *list;
3008         int hv;
3009
3010         lwkt_gettoken(&vm_token);
3011         if (action->event != VMEVENT_NONE) {
3012                 action->event = VMEVENT_NONE;
3013                 LIST_REMOVE(action, entry);
3014
3015                 hv = (int)((intptr_t)action->m >> 8) & VMACTION_HMASK;
3016                 list = &action_list[hv];
3017                 if (LIST_EMPTY(list))
3018                         vm_page_flag_clear(action->m, PG_ACTIONLIST);
3019         }
3020         lwkt_reltoken(&vm_token);
3021 }
3022
3023 /*
3024  * Issue an event on a VM page.  Corresponding action structures are
3025  * removed from the page's list and called.
3026  *
3027  * If the vm_page has no more pending action events we clear its
3028  * PG_ACTIONLIST flag.
3029  */
3030 void
3031 vm_page_event_internal(vm_page_t m, vm_page_event_t event)
3032 {
3033         struct vm_page_action_list *list;
3034         struct vm_page_action *scan;
3035         struct vm_page_action *next;
3036         int hv;
3037         int all;
3038
3039         hv = (int)((intptr_t)m >> 8) & VMACTION_HMASK;
3040         list = &action_list[hv];
3041         all = 1;
3042
3043         lwkt_gettoken(&vm_token);
3044         LIST_FOREACH_MUTABLE(scan, list, entry, next) {
3045                 if (scan->m == m) {
3046                         if (scan->event == event) {
3047                                 scan->event = VMEVENT_NONE;
3048                                 LIST_REMOVE(scan, entry);
3049                                 scan->func(m, scan);
3050                                 /* XXX */
3051                         } else {
3052                                 all = 0;
3053                         }
3054                 }
3055         }
3056         if (all)
3057                 vm_page_flag_clear(m, PG_ACTIONLIST);
3058         lwkt_reltoken(&vm_token);
3059 }
3060
3061 #include "opt_ddb.h"
3062 #ifdef DDB
3063 #include <sys/kernel.h>
3064
3065 #include <ddb/ddb.h>
3066
3067 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3068 {
3069         db_printf("vmstats.v_free_count: %d\n", vmstats.v_free_count);
3070         db_printf("vmstats.v_cache_count: %d\n", vmstats.v_cache_count);
3071         db_printf("vmstats.v_inactive_count: %d\n", vmstats.v_inactive_count);
3072         db_printf("vmstats.v_active_count: %d\n", vmstats.v_active_count);
3073         db_printf("vmstats.v_wire_count: %d\n", vmstats.v_wire_count);
3074         db_printf("vmstats.v_free_reserved: %d\n", vmstats.v_free_reserved);
3075         db_printf("vmstats.v_free_min: %d\n", vmstats.v_free_min);
3076         db_printf("vmstats.v_free_target: %d\n", vmstats.v_free_target);
3077         db_printf("vmstats.v_cache_min: %d\n", vmstats.v_cache_min);
3078         db_printf("vmstats.v_inactive_target: %d\n", vmstats.v_inactive_target);
3079 }
3080
3081 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3082 {
3083         int i;
3084         db_printf("PQ_FREE:");
3085         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3086                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
3087         }
3088         db_printf("\n");
3089                 
3090         db_printf("PQ_CACHE:");
3091         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3092                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
3093         }
3094         db_printf("\n");
3095
3096         db_printf("PQ_ACTIVE:");
3097         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3098                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_ACTIVE + i].lcnt);
3099         }
3100         db_printf("\n");
3101
3102         db_printf("PQ_INACTIVE:");
3103         for(i=0;i<PQ_L2_SIZE;i++) {
3104                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_INACTIVE + i].lcnt);
3105         }
3106         db_printf("\n");
3107 }
3108 #endif /* DDB */