]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/vm/vm_page.c
MFC 250219:
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
19  *    without specific prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
31  * SUCH DAMAGE.
32  *
33  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
34  */
35
36 /*-
37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
38  * All rights reserved.
39  *
40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  */
62
63 /*
64  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
65  *
66  *      - a pageq mutex is required when adding or removing a page from a
67  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
68  *        busy state of a page.
69  *
70  *      - The object mutex is held when inserting or removing
71  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
72  *
73  */
74
75 /*
76  *      Resident memory management module.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 #include "opt_vm.h"
83
84 #include <sys/param.h>
85 #include <sys/systm.h>
86 #include <sys/lock.h>
87 #include <sys/kernel.h>
88 #include <sys/limits.h>
89 #include <sys/malloc.h>
90 #include <sys/msgbuf.h>
91 #include <sys/mutex.h>
92 #include <sys/proc.h>
93 #include <sys/sysctl.h>
94 #include <sys/vmmeter.h>
95 #include <sys/vnode.h>
96
97 #include <vm/vm.h>
98 #include <vm/pmap.h>
99 #include <vm/vm_param.h>
100 #include <vm/vm_kern.h>
101 #include <vm/vm_object.h>
102 #include <vm/vm_page.h>
103 #include <vm/vm_pageout.h>
104 #include <vm/vm_pager.h>
105 #include <vm/vm_phys.h>
106 #include <vm/vm_reserv.h>
107 #include <vm/vm_extern.h>
108 #include <vm/uma.h>
109 #include <vm/uma_int.h>
110
111 #include <machine/md_var.h>
112
113 /*
114  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
115  *      page structure.
116  */
117
118 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
119 struct vpglocks vm_page_queue_lock;
120 struct vpglocks vm_page_queue_free_lock;
121
122 struct vpglocks pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
123
124 vm_page_t vm_page_array;
125 long vm_page_array_size;
126 long first_page;
127 int vm_page_zero_count;
128
129 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
130 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
131 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
132         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
133
134 int pa_tryrelock_restart;
135 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
136     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
137
138 static uma_zone_t fakepg_zone;
139
140 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
141 static void vm_page_queue_remove(int queue, vm_page_t m);
142 static void vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m);
143 static void vm_page_init_fakepg(void *dummy);
144
145 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init_fakepg, NULL);
146
147 static void
148 vm_page_init_fakepg(void *dummy)
149 {
150
151         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
152             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM); 
153 }
154
155 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
156 #if PAGE_SIZE == 32768
157 #ifdef CTASSERT
158 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
159 #endif
160 #endif
161
162 /*
163  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
164  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
165  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
166  * the virtual to physical mapping has changed.
167  */
168 int
169 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
170 {
171         vm_paddr_t lockpa;
172
173         lockpa = *locked;
174         *locked = pa;
175         if (lockpa) {
176                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
177                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
178                         return (0);
179                 PA_UNLOCK(lockpa);
180         }
181         if (PA_TRYLOCK(pa))
182                 return (0);
183         PMAP_UNLOCK(pmap);
184         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
185         PA_LOCK(pa);
186         PMAP_LOCK(pmap);
187         return (EAGAIN);
188 }
189
190 /*
191  *      vm_set_page_size:
192  *
193  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
194  *      size.  Must be called before any use of page-size
195  *      dependent functions.
196  */
197 void
198 vm_set_page_size(void)
199 {
200         if (cnt.v_page_size == 0)
201                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
202         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
203                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
204 }
205
206 /*
207  *      vm_page_blacklist_lookup:
208  *
209  *      See if a physical address in this page has been listed
210  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
211  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
212  *      encountered then the rest of the string is skipped.
213  */
214 static int
215 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
216 {
217         vm_paddr_t bad;
218         char *cp, *pos;
219
220         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
221                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
222                 if (*cp != '\0') {
223                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
224                                 cp++;
225                                 if (cp == pos)
226                                         continue;
227                         } else
228                                 break;
229                 }
230                 if (pa == trunc_page(bad))
231                         return (1);
232         }
233         return (0);
234 }
235
236 /*
237  *      vm_page_startup:
238  *
239  *      Initializes the resident memory module.
240  *
241  *      Allocates memory for the page cells, and
242  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
243  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
244  */
245 vm_offset_t
246 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
247 {
248         vm_offset_t mapped;
249         vm_paddr_t page_range;
250         vm_paddr_t new_end;
251         int i;
252         vm_paddr_t pa;
253         vm_paddr_t last_pa;
254         char *list;
255
256         /* the biggest memory array is the second group of pages */
257         vm_paddr_t end;
258         vm_paddr_t biggestsize;
259         vm_paddr_t low_water, high_water;
260         int biggestone;
261
262         biggestsize = 0;
263         biggestone = 0;
264         vaddr = round_page(vaddr);
265
266         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
267                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
268                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
269         }
270
271         low_water = phys_avail[0];
272         high_water = phys_avail[1];
273
274         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
275                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
276
277                 if (size > biggestsize) {
278                         biggestone = i;
279                         biggestsize = size;
280                 }
281                 if (phys_avail[i] < low_water)
282                         low_water = phys_avail[i];
283                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
284                         high_water = phys_avail[i + 1];
285         }
286
287 #ifdef XEN
288         low_water = 0;
289 #endif  
290
291         end = phys_avail[biggestone+1];
292
293         /*
294          * Initialize the page and queue locks.
295          */
296         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue", NULL, MTX_DEF |
297             MTX_RECURSE);
298         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
299         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
300                 mtx_init(&pa_lock[i].data, "vm page", NULL, MTX_DEF);
301
302         /*
303          * Initialize the queue headers for the hold queue, the active queue,
304          * and the inactive queue.
305          */
306         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
307                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
308         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
309         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
310         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
311
312         /*
313          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
314          * allocator.
315          */
316         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
317         new_end = trunc_page(new_end);
318         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
319             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
320         bzero((void *)mapped, end - new_end);
321         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
322
323 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__) || defined(__arm__) || \
324     defined(__mips__)
325         /*
326          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
327          * needs to be included in a minidump.
328          *
329          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
330          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
331          *
332          * However, i386 still needs this workspace internally within the
333          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
334          * included should the sf_buf code decide to use them.
335          */
336         last_pa = 0;
337         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
338                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
339                         last_pa = dump_avail[i + 1];
340         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
341         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
342         new_end -= vm_page_dump_size;
343         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
344             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
345         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
346 #endif
347 #ifdef __amd64__
348         /*
349          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
350          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
351          * through the direct map, they are not automatically included.
352          */
353         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
354         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
355         while (pa < last_pa) {
356                 dump_add_page(pa);
357                 pa += PAGE_SIZE;
358         }
359 #endif
360         /*
361          * Compute the number of pages of memory that will be available for
362          * use (taking into account the overhead of a page structure per
363          * page).
364          */
365         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
366 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
367         page_range = 0;
368         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
369                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
370 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
371         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
372 #else
373 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
374 #endif
375         end = new_end;
376
377         /*
378          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
379          */
380         vaddr += PAGE_SIZE;
381
382         /*
383          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
384          * queue.
385          */
386         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
387         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
388             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
389         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
390 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
391         /*
392          * Allocate memory for the reservation management system's data
393          * structures.
394          */
395         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_water);
396 #endif
397 #if defined(__amd64__) || defined(__mips__)
398         /*
399          * pmap_map on amd64 and mips can come out of the direct-map, not kvm
400          * like i386, so the pages must be tracked for a crashdump to include
401          * this data.  This includes the vm_page_array and the early UMA
402          * bootstrap pages.
403          */
404         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
405                 dump_add_page(pa);
406 #endif  
407         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
408
409         /*
410          * Clear all of the page structures
411          */
412         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
413         for (i = 0; i < page_range; i++)
414                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
415         vm_page_array_size = page_range;
416
417         /*
418          * Initialize the physical memory allocator.
419          */
420         vm_phys_init();
421
422         /*
423          * Add every available physical page that is not blacklisted to
424          * the free lists.
425          */
426         cnt.v_page_count = 0;
427         cnt.v_free_count = 0;
428         list = getenv("vm.blacklist");
429         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
430                 pa = phys_avail[i];
431                 last_pa = phys_avail[i + 1];
432                 while (pa < last_pa) {
433                         if (list != NULL &&
434                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
435                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
436                                     (uintmax_t)pa);
437                         else
438                                 vm_phys_add_page(pa);
439                         pa += PAGE_SIZE;
440                 }
441         }
442         freeenv(list);
443 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
444         /*
445          * Initialize the reservation management system.
446          */
447         vm_reserv_init();
448 #endif
449         return (vaddr);
450 }
451
452
453 CTASSERT(offsetof(struct vm_page, aflags) % sizeof(uint32_t) == 0);
454
455 void
456 vm_page_aflag_set(vm_page_t m, uint8_t bits)
457 {
458         uint32_t *addr, val;
459
460         /*
461          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is managed and
462          * VPO_BUSY.  Currently, this flag is only set by pmap_enter().
463          */
464         KASSERT((bits & PGA_WRITEABLE) == 0 ||
465             (m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) == VPO_BUSY,
466             ("PGA_WRITEABLE and !VPO_BUSY"));
467
468         /*
469          * We want to use atomic updates for m->aflags, which is a
470          * byte wide.  Not all architectures provide atomic operations
471          * on the single-byte destination.  Punt and access the whole
472          * 4-byte word with an atomic update.  Parallel non-atomic
473          * updates to the fields included in the update by proximity
474          * are handled properly by atomics.
475          */
476         addr = (void *)&m->aflags;
477         MPASS(((uintptr_t)addr & (sizeof(uint32_t) - 1)) == 0);
478         val = bits;
479 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
480         val <<= 24;
481 #endif
482         atomic_set_32(addr, val);
483
484
485 void
486 vm_page_aflag_clear(vm_page_t m, uint8_t bits)
487 {
488         uint32_t *addr, val;
489
490         /*
491          * The PGA_REFERENCED flag can only be cleared if the object
492          * containing the page is locked.
493          */
494         KASSERT((bits & PGA_REFERENCED) == 0 || VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
495             ("PGA_REFERENCED and !VM_OBJECT_LOCKED"));
496
497         /*
498          * See the comment in vm_page_aflag_set().
499          */
500         addr = (void *)&m->aflags;
501         MPASS(((uintptr_t)addr & (sizeof(uint32_t) - 1)) == 0);
502         val = bits;
503 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
504         val <<= 24;
505 #endif
506         atomic_clear_32(addr, val);
507 }
508
509 void
510 vm_page_reference(vm_page_t m)
511 {
512
513         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
514 }
515
516 void
517 vm_page_busy(vm_page_t m)
518 {
519
520         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
521         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
522             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
523         m->oflags |= VPO_BUSY;
524 }
525
526 /*
527  *      vm_page_flash:
528  *
529  *      wakeup anyone waiting for the page.
530  */
531 void
532 vm_page_flash(vm_page_t m)
533 {
534
535         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
536         if (m->oflags & VPO_WANTED) {
537                 m->oflags &= ~VPO_WANTED;
538                 wakeup(m);
539         }
540 }
541
542 /*
543  *      vm_page_wakeup:
544  *
545  *      clear the VPO_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
546  *      page.
547  *
548  */
549 void
550 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
551 {
552
553         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
554         KASSERT(m->oflags & VPO_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
555         m->oflags &= ~VPO_BUSY;
556         vm_page_flash(m);
557 }
558
559 void
560 vm_page_io_start(vm_page_t m)
561 {
562
563         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
564         m->busy++;
565 }
566
567 void
568 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
569 {
570
571         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
572         KASSERT(m->busy > 0, ("vm_page_io_finish: page %p is not busy", m));
573         m->busy--;
574         if (m->busy == 0)
575                 vm_page_flash(m);
576 }
577
578 /*
579  * Keep page from being freed by the page daemon
580  * much of the same effect as wiring, except much lower
581  * overhead and should be used only for *very* temporary
582  * holding ("wiring").
583  */
584 void
585 vm_page_hold(vm_page_t mem)
586 {
587
588         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
589         mem->hold_count++;
590 }
591
592 void
593 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
594 {
595
596         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
597         --mem->hold_count;
598         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
599         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
600                 vm_page_free_toq(mem);
601 }
602
603 /*
604  *      vm_page_unhold_pages:
605  *
606  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
607  */ 
608 void
609 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
610 {
611         struct mtx *mtx, *new_mtx;
612
613         mtx = NULL;
614         for (; count != 0; count--) {
615                 /*
616                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
617                  */
618                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
619                 if (mtx != new_mtx) {
620                         if (mtx != NULL)
621                                 mtx_unlock(mtx);
622                         mtx = new_mtx;
623                         mtx_lock(mtx);
624                 }
625                 vm_page_unhold(*ma);
626                 ma++;
627         }
628         if (mtx != NULL)
629                 mtx_unlock(mtx);
630 }
631
632 vm_page_t
633 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
634 {
635         vm_page_t m;
636
637 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
638         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
639         if (m == NULL)
640                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
641         return (m);
642 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
643         long pi;
644
645         pi = atop(pa);
646         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
647                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
648                 return (m);
649         }
650         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
651 #else
652 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
653 #endif
654 }
655
656 /*
657  *      vm_page_getfake:
658  *
659  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
660  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
661  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
662  */
663 vm_page_t
664 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
665 {
666         vm_page_t m;
667
668         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
669         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
670         return (m);
671 }
672
673 void
674 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
675 {
676
677         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
678                 /*
679                  * The page's memattr might have changed since the
680                  * previous initialization.  Update the pmap to the
681                  * new memattr.
682                  */
683                 goto memattr;
684         }
685         m->phys_addr = paddr;
686         m->queue = PQ_NONE;
687         /* Fictitious pages don't use "segind". */
688         m->flags = PG_FICTITIOUS;
689         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
690         m->oflags = VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED;
691         m->wire_count = 1;
692 memattr:
693         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
694 }
695
696 /*
697  *      vm_page_putfake:
698  *
699  *      Release a fictitious page.
700  */
701 void
702 vm_page_putfake(vm_page_t m)
703 {
704
705         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
706         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
707             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
708         uma_zfree(fakepg_zone, m);
709 }
710
711 /*
712  *      vm_page_updatefake:
713  *
714  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
715  *      memory attribute.
716  */
717 void
718 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
719 {
720
721         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
722             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
723         m->phys_addr = paddr;
724         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
725 }
726
727 /*
728  *      vm_page_free:
729  *
730  *      Free a page.
731  */
732 void
733 vm_page_free(vm_page_t m)
734 {
735
736         m->flags &= ~PG_ZERO;
737         vm_page_free_toq(m);
738 }
739
740 /*
741  *      vm_page_free_zero:
742  *
743  *      Free a page to the zerod-pages queue
744  */
745 void
746 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
747 {
748
749         m->flags |= PG_ZERO;
750         vm_page_free_toq(m);
751 }
752
753 /*
754  * Unbusy and handle the page queueing for a page from the VOP_GETPAGES()
755  * array which is not the request page.
756  */
757 void
758 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
759 {
760
761         if (m->valid != 0) {
762                 /*
763                  * Since the page is not the requested page, whether
764                  * it should be activated or deactivated is not
765                  * obvious.  Empirical results have shown that
766                  * deactivating the page is usually the best choice,
767                  * unless the page is wanted by another thread.
768                  */
769                 if (m->oflags & VPO_WANTED) {
770                         vm_page_lock(m);
771                         vm_page_activate(m);
772                         vm_page_unlock(m);
773                 } else {
774                         vm_page_lock(m);
775                         vm_page_deactivate(m);
776                         vm_page_unlock(m);
777                 }
778                 vm_page_wakeup(m);
779         } else {
780                 /*
781                  * Free the completely invalid page.  Such page state
782                  * occurs due to the short read operation which did
783                  * not covered our page at all, or in case when a read
784                  * error happens.
785                  */
786                 vm_page_lock(m);
787                 vm_page_free(m);
788                 vm_page_unlock(m);
789         }
790 }
791
792 /*
793  *      vm_page_sleep:
794  *
795  *      Sleep and release the page and page queues locks.
796  *
797  *      The object containing the given page must be locked.
798  */
799 void
800 vm_page_sleep(vm_page_t m, const char *msg)
801 {
802
803         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
804         if (mtx_owned(&vm_page_queue_mtx))
805                 vm_page_unlock_queues();
806         if (mtx_owned(vm_page_lockptr(m)))
807                 vm_page_unlock(m);
808
809         /*
810          * It's possible that while we sleep, the page will get
811          * unbusied and freed.  If we are holding the object
812          * lock, we will assume we hold a reference to the object
813          * such that even if m->object changes, we can re-lock
814          * it.
815          */
816         m->oflags |= VPO_WANTED;
817         msleep(m, VM_OBJECT_MTX(m->object), PVM, msg, 0);
818 }
819
820 /*
821  *      vm_page_dirty:
822  *
823  *      Set all bits in the page's dirty field.
824  *
825  *      The object containing the specified page must be locked if the
826  *      call is made from the machine-independent layer.
827  *
828  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
829  */
830 void
831 vm_page_dirty(vm_page_t m)
832 {
833
834         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
835             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
836         KASSERT(!VM_PAGE_IS_FREE(m),
837             ("vm_page_dirty: page is free!"));
838         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
839             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
840         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
841 }
842
843 /*
844  *      vm_page_splay:
845  *
846  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
847  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
848  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
849  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
850  */
851 vm_page_t
852 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
853 {
854         struct vm_page dummy;
855         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
856
857         if (root == NULL)
858                 return (root);
859         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
860         for (;; root = y) {
861                 if (pindex < root->pindex) {
862                         if ((y = root->left) == NULL)
863                                 break;
864                         if (pindex < y->pindex) {
865                                 /* Rotate right. */
866                                 root->left = y->right;
867                                 y->right = root;
868                                 root = y;
869                                 if ((y = root->left) == NULL)
870                                         break;
871                         }
872                         /* Link into the new root's right tree. */
873                         righttreemin->left = root;
874                         righttreemin = root;
875                 } else if (pindex > root->pindex) {
876                         if ((y = root->right) == NULL)
877                                 break;
878                         if (pindex > y->pindex) {
879                                 /* Rotate left. */
880                                 root->right = y->left;
881                                 y->left = root;
882                                 root = y;
883                                 if ((y = root->right) == NULL)
884                                         break;
885                         }
886                         /* Link into the new root's left tree. */
887                         lefttreemax->right = root;
888                         lefttreemax = root;
889                 } else
890                         break;
891         }
892         /* Assemble the new root. */
893         lefttreemax->right = root->left;
894         righttreemin->left = root->right;
895         root->left = dummy.right;
896         root->right = dummy.left;
897         return (root);
898 }
899
900 /*
901  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
902  *
903  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
904  *
905  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
906  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
907  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to sleep
908  *      here so we *can't* do this anyway.
909  *
910  *      The object must be locked.
911  */
912 void
913 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
914 {
915         vm_page_t root;
916
917         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
918         if (m->object != NULL)
919                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
920
921         /*
922          * Record the object/offset pair in this page
923          */
924         m->object = object;
925         m->pindex = pindex;
926
927         /*
928          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
929          */
930         root = object->root;
931         if (root == NULL) {
932                 m->left = NULL;
933                 m->right = NULL;
934                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
935         } else {
936                 root = vm_page_splay(pindex, root);
937                 if (pindex < root->pindex) {
938                         m->left = root->left;
939                         m->right = root;
940                         root->left = NULL;
941                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
942                 } else if (pindex == root->pindex)
943                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
944                 else {
945                         m->right = root->right;
946                         m->left = root;
947                         root->right = NULL;
948                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
949                 }
950         }
951         object->root = m;
952
953         /*
954          * Show that the object has one more resident page.
955          */
956         object->resident_page_count++;
957
958         /*
959          * Hold the vnode until the last page is released.
960          */
961         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
962                 vhold(object->handle);
963
964         /*
965          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
966          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
967          */
968         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
969                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
970 }
971
972 /*
973  *      vm_page_remove:
974  *
975  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
976  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
977  *      the backing store.
978  *
979  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
980  *
981  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
982  */
983 void
984 vm_page_remove(vm_page_t m)
985 {
986         vm_object_t object;
987         vm_page_t next, prev, root;
988
989         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
990                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
991         if ((object = m->object) == NULL)
992                 return;
993         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
994         if (m->oflags & VPO_BUSY) {
995                 m->oflags &= ~VPO_BUSY;
996                 vm_page_flash(m);
997         }
998
999         /*
1000          * Now remove from the object's list of backed pages.
1001          */
1002         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL && next->left == m) {
1003                 /*
1004                  * Since the page's successor in the list is also its parent
1005                  * in the tree, its right subtree must be empty.
1006                  */
1007                 next->left = m->left;
1008                 KASSERT(m->right == NULL,
1009                     ("vm_page_remove: page %p has right child", m));
1010         } else if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
1011             prev->right == m) {
1012                 /*
1013                  * Since the page's predecessor in the list is also its parent
1014                  * in the tree, its left subtree must be empty.
1015                  */
1016                 KASSERT(m->left == NULL,
1017                     ("vm_page_remove: page %p has left child", m));
1018                 prev->right = m->right;
1019         } else {
1020                 if (m != object->root)
1021                         vm_page_splay(m->pindex, object->root);
1022                 if (m->left == NULL)
1023                         root = m->right;
1024                 else if (m->right == NULL)
1025                         root = m->left;
1026                 else {
1027                         /*
1028                          * Move the page's successor to the root, because
1029                          * pages are usually removed in ascending order.
1030                          */
1031                         if (m->right != next)
1032                                 vm_page_splay(m->pindex, m->right);
1033                         next->left = m->left;
1034                         root = next;
1035                 }
1036                 object->root = root;
1037         }
1038         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1039
1040         /*
1041          * And show that the object has one fewer resident page.
1042          */
1043         object->resident_page_count--;
1044
1045         /*
1046          * The vnode may now be recycled.
1047          */
1048         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1049                 vdrop(object->handle);
1050
1051         m->object = NULL;
1052 }
1053
1054 /*
1055  *      vm_page_lookup:
1056  *
1057  *      Returns the page associated with the object/offset
1058  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1059  *
1060  *      The object must be locked.
1061  */
1062 vm_page_t
1063 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1064 {
1065         vm_page_t m;
1066
1067         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1068         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
1069                 m = vm_page_splay(pindex, m);
1070                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
1071                         m = NULL;
1072         }
1073         return (m);
1074 }
1075
1076 /*
1077  *      vm_page_find_least:
1078  *
1079  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1080  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1081  *
1082  *      The object must be locked.
1083  */
1084 vm_page_t
1085 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1086 {
1087         vm_page_t m;
1088
1089         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1090         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL) {
1091                 if (m->pindex < pindex) {
1092                         m = vm_page_splay(pindex, object->root);
1093                         if ((object->root = m)->pindex < pindex)
1094                                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
1095                 }
1096         }
1097         return (m);
1098 }
1099
1100 /*
1101  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1102  * resident; if none is found, NULL is returned.
1103  *
1104  * The object must be locked.
1105  */
1106 vm_page_t
1107 vm_page_next(vm_page_t m)
1108 {
1109         vm_page_t next;
1110
1111         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1112         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL &&
1113             next->pindex != m->pindex + 1)
1114                 next = NULL;
1115         return (next);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1120  * resident; if none is found, NULL is returned.
1121  *
1122  * The object must be locked.
1123  */
1124 vm_page_t
1125 vm_page_prev(vm_page_t m)
1126 {
1127         vm_page_t prev;
1128
1129         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1130         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
1131             prev->pindex != m->pindex - 1)
1132                 prev = NULL;
1133         return (prev);
1134 }
1135
1136 /*
1137  *      vm_page_rename:
1138  *
1139  *      Move the given memory entry from its
1140  *      current object to the specified target object/offset.
1141  *
1142  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1143  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1144  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1145  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1146  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1147  *
1148  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1149  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1150  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1151  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1152  *            on the cache.
1153  *
1154  *      The objects must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1155  */
1156 void
1157 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1158 {
1159
1160         vm_page_remove(m);
1161         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
1162         vm_page_dirty(m);
1163 }
1164
1165 /*
1166  *      Convert all of the given object's cached pages that have a
1167  *      pindex within the given range into free pages.  If the value
1168  *      zero is given for "end", then the range's upper bound is
1169  *      infinity.  If the given object is backed by a vnode and it
1170  *      transitions from having one or more cached pages to none, the
1171  *      vnode's hold count is reduced. 
1172  */
1173 void
1174 vm_page_cache_free(vm_object_t object, vm_pindex_t start, vm_pindex_t end)
1175 {
1176         vm_page_t m, m_next;
1177         boolean_t empty;
1178
1179         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1180         if (__predict_false(object->cache == NULL)) {
1181                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1182                 return;
1183         }
1184         m = object->cache = vm_page_splay(start, object->cache);
1185         if (m->pindex < start) {
1186                 if (m->right == NULL)
1187                         m = NULL;
1188                 else {
1189                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
1190                         m_next->left = m;
1191                         m->right = NULL;
1192                         m = object->cache = m_next;
1193                 }
1194         }
1195
1196         /*
1197          * At this point, "m" is either (1) a reference to the page
1198          * with the least pindex that is greater than or equal to
1199          * "start" or (2) NULL.
1200          */
1201         for (; m != NULL && (m->pindex < end || end == 0); m = m_next) {
1202                 /*
1203                  * Find "m"'s successor and remove "m" from the
1204                  * object's cache.
1205                  */
1206                 if (m->right == NULL) {
1207                         object->cache = m->left;
1208                         m_next = NULL;
1209                 } else {
1210                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
1211                         m_next->left = m->left;
1212                         object->cache = m_next;
1213                 }
1214                 /* Convert "m" to a free page. */
1215                 m->object = NULL;
1216                 m->valid = 0;
1217                 /* Clear PG_CACHED and set PG_FREE. */
1218                 m->flags ^= PG_CACHED | PG_FREE;
1219                 KASSERT((m->flags & (PG_CACHED | PG_FREE)) == PG_FREE,
1220                     ("vm_page_cache_free: page %p has inconsistent flags", m));
1221                 cnt.v_cache_count--;
1222                 cnt.v_free_count++;
1223         }
1224         empty = object->cache == NULL;
1225         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1226         if (object->type == OBJT_VNODE && empty)
1227                 vdrop(object->handle);
1228 }
1229
1230 /*
1231  *      Returns the cached page that is associated with the given
1232  *      object and offset.  If, however, none exists, returns NULL.
1233  *
1234  *      The free page queue must be locked.
1235  */
1236 static inline vm_page_t
1237 vm_page_cache_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1238 {
1239         vm_page_t m;
1240
1241         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1242         if ((m = object->cache) != NULL && m->pindex != pindex) {
1243                 m = vm_page_splay(pindex, m);
1244                 if ((object->cache = m)->pindex != pindex)
1245                         m = NULL;
1246         }
1247         return (m);
1248 }
1249
1250 /*
1251  *      Remove the given cached page from its containing object's
1252  *      collection of cached pages.
1253  *
1254  *      The free page queue must be locked.
1255  */
1256 void
1257 vm_page_cache_remove(vm_page_t m)
1258 {
1259         vm_object_t object;
1260         vm_page_t root;
1261
1262         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1263         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) != 0,
1264             ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached", m));
1265         object = m->object;
1266         if (m != object->cache) {
1267                 root = vm_page_splay(m->pindex, object->cache);
1268                 KASSERT(root == m,
1269                     ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached in object %p",
1270                     m, object));
1271         }
1272         if (m->left == NULL)
1273                 root = m->right;
1274         else if (m->right == NULL)
1275                 root = m->left;
1276         else {
1277                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
1278                 root->right = m->right;
1279         }
1280         object->cache = root;
1281         m->object = NULL;
1282         cnt.v_cache_count--;
1283 }
1284
1285 /*
1286  *      Transfer all of the cached pages with offset greater than or
1287  *      equal to 'offidxstart' from the original object's cache to the
1288  *      new object's cache.  However, any cached pages with offset
1289  *      greater than or equal to the new object's size are kept in the
1290  *      original object.  Initially, the new object's cache must be
1291  *      empty.  Offset 'offidxstart' in the original object must
1292  *      correspond to offset zero in the new object.
1293  *
1294  *      The new object must be locked.
1295  */
1296 void
1297 vm_page_cache_transfer(vm_object_t orig_object, vm_pindex_t offidxstart,
1298     vm_object_t new_object)
1299 {
1300         vm_page_t m, m_next;
1301
1302         /*
1303          * Insertion into an object's collection of cached pages
1304          * requires the object to be locked.  In contrast, removal does
1305          * not.
1306          */
1307         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(new_object, MA_OWNED);
1308         KASSERT(new_object->cache == NULL,
1309             ("vm_page_cache_transfer: object %p has cached pages",
1310             new_object));
1311         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1312         if ((m = orig_object->cache) != NULL) {
1313                 /*
1314                  * Transfer all of the pages with offset greater than or
1315                  * equal to 'offidxstart' from the original object's
1316                  * cache to the new object's cache.
1317                  */
1318                 m = vm_page_splay(offidxstart, m);
1319                 if (m->pindex < offidxstart) {
1320                         orig_object->cache = m;
1321                         new_object->cache = m->right;
1322                         m->right = NULL;
1323                 } else {
1324                         orig_object->cache = m->left;
1325                         new_object->cache = m;
1326                         m->left = NULL;
1327                 }
1328                 while ((m = new_object->cache) != NULL) {
1329                         if ((m->pindex - offidxstart) >= new_object->size) {
1330                                 /*
1331                                  * Return all of the cached pages with
1332                                  * offset greater than or equal to the
1333                                  * new object's size to the original
1334                                  * object's cache. 
1335                                  */
1336                                 new_object->cache = m->left;
1337                                 m->left = orig_object->cache;
1338                                 orig_object->cache = m;
1339                                 break;
1340                         }
1341                         m_next = vm_page_splay(m->pindex, m->right);
1342                         /* Update the page's object and offset. */
1343                         m->object = new_object;
1344                         m->pindex -= offidxstart;
1345                         if (m_next == NULL)
1346                                 break;
1347                         m->right = NULL;
1348                         m_next->left = m;
1349                         new_object->cache = m_next;
1350                 }
1351                 KASSERT(new_object->cache == NULL ||
1352                     new_object->type == OBJT_SWAP,
1353                     ("vm_page_cache_transfer: object %p's type is incompatible"
1354                     " with cached pages", new_object));
1355         }
1356         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1357 }
1358
1359 /*
1360  *      Returns TRUE if a cached page is associated with the given object and
1361  *      offset, and FALSE otherwise.
1362  *
1363  *      The object must be locked.
1364  */
1365 boolean_t
1366 vm_page_is_cached(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1367 {
1368         vm_page_t m;
1369
1370         /*
1371          * Insertion into an object's collection of cached pages requires the
1372          * object to be locked.  Therefore, if the object is locked and the
1373          * object's collection is empty, there is no need to acquire the free
1374          * page queues lock in order to prove that the specified page doesn't
1375          * exist.
1376          */
1377         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1378         if (object->cache == NULL)
1379                 return (FALSE);
1380         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1381         m = vm_page_cache_lookup(object, pindex);
1382         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1383         return (m != NULL);
1384 }
1385
1386 /*
1387  *      vm_page_alloc:
1388  *
1389  *      Allocate and return a memory cell associated
1390  *      with this VM object/offset pair.
1391  *
1392  *      The caller must always specify an allocation class.
1393  *
1394  *      allocation classes:
1395  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1396  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1397  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1398  *
1399  *      optional allocation flags:
1400  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1401  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1402  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with a vm object
1403  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not set the page busy
1404  *      VM_ALLOC_IFCACHED       return page only if it is cached
1405  *      VM_ALLOC_IFNOTCACHED    return NULL, do not reactivate if the page
1406  *                              is cached
1407  *
1408  *      This routine may not sleep.
1409  */
1410 vm_page_t
1411 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1412 {
1413         struct vnode *vp = NULL;
1414         vm_object_t m_object;
1415         vm_page_t m;
1416         int flags, page_req;
1417
1418         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
1419                 KASSERT(object != NULL,
1420                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
1421                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1422         }
1423
1424         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1425
1426         /*
1427          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
1428          */
1429         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT))
1430                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
1431
1432         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1433         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1434             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
1435             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1436             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1437             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1438                 /*
1439                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
1440                  * exceeds the minimum for the request class.
1441                  */
1442                 if (object != NULL &&
1443                     (m = vm_page_cache_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1444                         if ((req & VM_ALLOC_IFNOTCACHED) != 0) {
1445                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1446                                 return (NULL);
1447                         }
1448                         if (vm_phys_unfree_page(m))
1449                                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_DEFAULT, m, 0);
1450 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1451                         else if (!vm_reserv_reactivate_page(m))
1452 #else
1453                         else
1454 #endif
1455                                 panic("vm_page_alloc: cache page %p is missing"
1456                                     " from the free queue", m);
1457                 } else if ((req & VM_ALLOC_IFCACHED) != 0) {
1458                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1459                         return (NULL);
1460 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1461                 } else if (object == NULL || object->type == OBJT_DEVICE ||
1462                     object->type == OBJT_SG ||
1463                     (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1464                     (m = vm_reserv_alloc_page(object, pindex)) == NULL) {
1465 #else
1466                 } else {
1467 #endif
1468                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1469                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1470 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1471                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1472                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1473                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1474                                     0);
1475                         }
1476 #endif
1477                 }
1478         } else {
1479                 /*
1480                  * Not allocatable, give up.
1481                  */
1482                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1483                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1484                     MAX((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1485                 pagedaemon_wakeup();
1486                 return (NULL);
1487         }
1488
1489         /*
1490          *  At this point we had better have found a good page.
1491          */
1492
1493         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1494         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1495             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1496         KASSERT(m->wire_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is wired", m));
1497         KASSERT(m->hold_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is held", m));
1498         KASSERT(m->busy == 0, ("vm_page_alloc: page %p is busy", m));
1499         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: page %p is dirty", m));
1500         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1501             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected memattr %d", m,
1502             pmap_page_get_memattr(m)));
1503         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1504                 KASSERT(m->valid != 0,
1505                     ("vm_page_alloc: cached page %p is invalid", m));
1506                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
1507                         cnt.v_reactivated++;
1508                 else
1509                         m->valid = 0;
1510                 m_object = m->object;
1511                 vm_page_cache_remove(m);
1512                 if (m_object->type == OBJT_VNODE && m_object->cache == NULL)
1513                         vp = m_object->handle;
1514         } else {
1515                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1516                     ("vm_page_alloc: page %p is not free", m));
1517                 KASSERT(m->valid == 0,
1518                     ("vm_page_alloc: free page %p is valid", m));
1519                 cnt.v_free_count--;
1520         }
1521
1522         /*
1523          * Only the PG_ZERO flag is inherited.  The PG_CACHED or PG_FREE flag
1524          * must be cleared before the free page queues lock is released.
1525          */
1526         flags = 0;
1527         if (req & VM_ALLOC_NODUMP)
1528                 flags |= PG_NODUMP;
1529         if (m->flags & PG_ZERO) {
1530                 vm_page_zero_count--;
1531                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
1532                         flags = PG_ZERO;
1533         }
1534         m->flags = flags;
1535         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1536         m->aflags = 0;
1537         if (object == NULL || object->type == OBJT_PHYS)
1538                 m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1539         else
1540                 m->oflags = 0;
1541         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ)) == 0)
1542                 m->oflags |= VPO_BUSY;
1543         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1544                 /*
1545                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1546                  * page is inserted into the object.
1547                  */
1548                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1549                 m->wire_count = 1;
1550         }
1551         m->act_count = 0;
1552
1553         if (object != NULL) {
1554                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1555                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1556                     object->type != OBJT_DEVICE && object->type != OBJT_SG)
1557                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1558                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1559         } else
1560                 m->pindex = pindex;
1561
1562         /*
1563          * The following call to vdrop() must come after the above call
1564          * to vm_page_insert() in case both affect the same object and
1565          * vnode.  Otherwise, the affected vnode's hold count could
1566          * temporarily become zero.
1567          */
1568         if (vp != NULL)
1569                 vdrop(vp);
1570
1571         /*
1572          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1573          * we would be nearly out of memory.
1574          */
1575         if (vm_paging_needed())
1576                 pagedaemon_wakeup();
1577
1578         return (m);
1579 }
1580
1581 /*
1582  * Initialize a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1583  * The caller has to drop the vnode returned, if it is not NULL.
1584  *
1585  * To be called with vm_page_queue_free_mtx held.
1586  */
1587 struct vnode *
1588 vm_page_alloc_init(vm_page_t m)
1589 {
1590         struct vnode *drop;
1591         vm_object_t m_object;
1592
1593         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1594             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected queue %d",
1595             m, m->queue));
1596         KASSERT(m->wire_count == 0,
1597             ("vm_page_alloc_init: page %p is wired", m));
1598         KASSERT(m->hold_count == 0,
1599             ("vm_page_alloc_init: page %p is held", m));
1600         KASSERT(m->busy == 0,
1601             ("vm_page_alloc_init: page %p is busy", m));
1602         KASSERT(m->dirty == 0,
1603             ("vm_page_alloc_init: page %p is dirty", m));
1604         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1605             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected memattr %d",
1606             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1607         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1608         drop = NULL;
1609         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1610                 m->valid = 0;
1611                 m_object = m->object;
1612                 vm_page_cache_remove(m);
1613                 if (m_object->type == OBJT_VNODE &&
1614                     m_object->cache == NULL)
1615                         drop = m_object->handle;
1616         } else {
1617                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1618                     ("vm_page_alloc_init: page %p is not free", m));
1619                 KASSERT(m->valid == 0,
1620                     ("vm_page_alloc_init: free page %p is valid", m));
1621                 cnt.v_free_count--;
1622         }
1623         if (m->flags & PG_ZERO)
1624                 vm_page_zero_count--;
1625         /* Don't clear the PG_ZERO flag; we'll need it later. */
1626         m->flags &= PG_ZERO;
1627         m->aflags = 0;
1628         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1629         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1630         return (drop);
1631 }
1632
1633 /*
1634  *      vm_page_alloc_freelist:
1635  * 
1636  *      Allocate a page from the specified freelist.
1637  *      Only the ALLOC_CLASS values in req are honored, other request flags
1638  *      are ignored.
1639  */
1640 vm_page_t
1641 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1642 {
1643         struct vnode *drop;
1644         vm_page_t m;
1645         int page_req;
1646
1647         m = NULL;
1648         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1649         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1650         /*
1651          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1652          */
1653         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1654             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
1655             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1656             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1657             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1658                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1659         }
1660         if (m == NULL) {
1661                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1662                 return (NULL);
1663         }
1664         drop = vm_page_alloc_init(m);
1665         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1666         if (drop)
1667                 vdrop(drop);
1668         return (m);
1669 }
1670
1671 /*
1672  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
1673  *
1674  *      Sleep until free pages are available for allocation.
1675  *      - Called in various places before memory allocations.
1676  */
1677 void
1678 vm_wait(void)
1679 {
1680
1681         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1682         if (curproc == pageproc) {
1683                 vm_pageout_pages_needed = 1;
1684                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
1685                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
1686         } else {
1687                 if (!vm_pages_needed) {
1688                         vm_pages_needed = 1;
1689                         wakeup(&vm_pages_needed);
1690                 }
1691                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
1692                     "vmwait", 0);
1693         }
1694 }
1695
1696 /*
1697  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1698  *
1699  *      Sleep until free pages are available for allocation.
1700  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1701  *        can be easily tracked.
1702  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1703  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1704  *        this balance without careful testing first.
1705  */
1706 void
1707 vm_waitpfault(void)
1708 {
1709
1710         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1711         if (!vm_pages_needed) {
1712                 vm_pages_needed = 1;
1713                 wakeup(&vm_pages_needed);
1714         }
1715         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
1716             "pfault", 0);
1717 }
1718
1719 /*
1720  *      vm_page_requeue:
1721  *
1722  *      Move the given page to the tail of its present page queue.
1723  *
1724  *      The page queues must be locked.
1725  */
1726 void
1727 vm_page_requeue(vm_page_t m)
1728 {
1729         struct vpgqueues *vpq;
1730         int queue;
1731
1732         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1733         queue = m->queue;
1734         KASSERT(queue != PQ_NONE,
1735             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
1736         vpq = &vm_page_queues[queue];
1737         TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
1738         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
1739 }
1740
1741 /*
1742  *      vm_page_queue_remove:
1743  *
1744  *      Remove the given page from the specified queue.
1745  *
1746  *      The page and page queues must be locked.
1747  */
1748 static __inline void
1749 vm_page_queue_remove(int queue, vm_page_t m)
1750 {
1751         struct vpgqueues *pq;
1752
1753         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1754         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1755         pq = &vm_page_queues[queue];
1756         TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
1757         (*pq->cnt)--;
1758 }
1759
1760 /*
1761  *      vm_pageq_remove:
1762  *
1763  *      Remove a page from its queue.
1764  *
1765  *      The given page must be locked.
1766  */
1767 void
1768 vm_pageq_remove(vm_page_t m)
1769 {
1770         int queue;
1771
1772         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1773         if ((queue = m->queue) != PQ_NONE) {
1774                 vm_page_lock_queues();
1775                 m->queue = PQ_NONE;
1776                 vm_page_queue_remove(queue, m);
1777                 vm_page_unlock_queues();
1778         }
1779 }
1780
1781 /*
1782  *      vm_page_enqueue:
1783  *
1784  *      Add the given page to the specified queue.
1785  *
1786  *      The page queues must be locked.
1787  */
1788 static void
1789 vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m)
1790 {
1791         struct vpgqueues *vpq;
1792
1793         vpq = &vm_page_queues[queue];
1794         m->queue = queue;
1795         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
1796         ++*vpq->cnt;
1797 }
1798
1799 /*
1800  *      vm_page_activate:
1801  *
1802  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1803  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1804  *      mess with it.
1805  *
1806  *      The page must be locked.
1807  */
1808 void
1809 vm_page_activate(vm_page_t m)
1810 {
1811         int queue;
1812
1813         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1814         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1815         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
1816                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
1817                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1818                                 m->act_count = ACT_INIT;
1819                         vm_page_lock_queues();
1820                         if (queue != PQ_NONE)
1821                                 vm_page_queue_remove(queue, m);
1822                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1823                         vm_page_unlock_queues();
1824                 } else
1825                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
1826                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
1827         } else {
1828                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1829                         m->act_count = ACT_INIT;
1830         }
1831 }
1832
1833 /*
1834  *      vm_page_free_wakeup:
1835  *
1836  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1837  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1838  *      queues.
1839  *
1840  *      The page queues must be locked.
1841  */
1842 static inline void
1843 vm_page_free_wakeup(void)
1844 {
1845
1846         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1847         /*
1848          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1849          * some free.
1850          */
1851         if (vm_pageout_pages_needed &&
1852             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1853                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1854                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1855         }
1856         /*
1857          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1858          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1859          * lots of memory. this process will swapin processes.
1860          */
1861         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1862                 vm_pages_needed = 0;
1863                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1864         }
1865 }
1866
1867 /*
1868  *      vm_page_free_toq:
1869  *
1870  *      Returns the given page to the free list,
1871  *      disassociating it with any VM object.
1872  *
1873  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1874  */
1875 void
1876 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1877 {
1878
1879         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
1880                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1881                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
1882                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
1883         }
1884         PCPU_INC(cnt.v_tfree);
1885
1886         if (VM_PAGE_IS_FREE(m))
1887                 panic("vm_page_free: freeing free page %p", m);
1888         else if (m->busy != 0)
1889                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
1890
1891         /*
1892          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1893          * the page here because we do not want to call the pager's
1894          * callback routine until after we've put the page on the
1895          * appropriate free queue.
1896          */
1897         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1898                 vm_pageq_remove(m);
1899         vm_page_remove(m);
1900
1901         /*
1902          * If fictitious remove object association and
1903          * return, otherwise delay object association removal.
1904          */
1905         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1906                 return;
1907         }
1908
1909         m->valid = 0;
1910         vm_page_undirty(m);
1911
1912         if (m->wire_count != 0)
1913                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
1914         if (m->hold_count != 0) {
1915                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1916                 vm_page_lock_queues();
1917                 vm_page_enqueue(PQ_HOLD, m);
1918                 vm_page_unlock_queues();
1919         } else {
1920                 /*
1921                  * Restore the default memory attribute to the page.
1922                  */
1923                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1924                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1925
1926                 /*
1927                  * Insert the page into the physical memory allocator's
1928                  * cache/free page queues.
1929                  */
1930                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1931                 m->flags |= PG_FREE;
1932                 cnt.v_free_count++;
1933 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1934                 if (!vm_reserv_free_page(m))
1935 #else
1936                 if (TRUE)
1937 #endif
1938                         vm_phys_free_pages(m, 0);
1939                 if ((m->flags & PG_ZERO) != 0)
1940                         ++vm_page_zero_count;
1941                 else
1942                         vm_page_zero_idle_wakeup();
1943                 vm_page_free_wakeup();
1944                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1945         }
1946 }
1947
1948 /*
1949  *      vm_page_wire:
1950  *
1951  *      Mark this page as wired down by yet
1952  *      another map, removing it from paging queues
1953  *      as necessary.
1954  *
1955  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
1956  *
1957  *      The page must be locked.
1958  */
1959 void
1960 vm_page_wire(vm_page_t m)
1961 {
1962
1963         /*
1964          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1965          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1966          * it is already off the queues).
1967          */
1968         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1969         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1970                 KASSERT(m->wire_count == 1,
1971                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
1972                     m));
1973                 return;
1974         }
1975         if (m->wire_count == 0) {
1976                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1977                         vm_pageq_remove(m);
1978                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1979         }
1980         m->wire_count++;
1981         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1982 }
1983
1984 /*
1985  * vm_page_unwire:
1986  *
1987  * Release one wiring of the specified page, potentially enabling it to be
1988  * paged again.  If paging is enabled, then the value of the parameter
1989  * "activate" determines to which queue the page is added.  If "activate" is
1990  * non-zero, then the page is added to the active queue.  Otherwise, it is
1991  * added to the inactive queue.
1992  *
1993  * However, unless the page belongs to an object, it is not enqueued because
1994  * it cannot be paged out.
1995  *
1996  * If a page is fictitious, then its wire count must alway be one.
1997  *
1998  * A managed page must be locked.
1999  */
2000 void
2001 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2002 {
2003
2004         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2005                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2006         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2007                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2008             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2009                 return;
2010         }
2011         if (m->wire_count > 0) {
2012                 m->wire_count--;
2013                 if (m->wire_count == 0) {
2014                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2015                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
2016                             m->object == NULL)
2017                                 return;
2018                         if (!activate)
2019                                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2020                         vm_page_lock_queues();
2021                         vm_page_enqueue(activate ? PQ_ACTIVE : PQ_INACTIVE, m);
2022                         vm_page_unlock_queues();
2023                 }
2024         } else
2025                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2026 }
2027
2028 /*
2029  * Move the specified page to the inactive queue.
2030  *
2031  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2032  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2033  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2034  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2035  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2036  * if not actively re-referenced, reclaimed more quickly.  If we just
2037  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2038  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2039  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2040  * reused more quickly.
2041  *
2042  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2043  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2044  * except without unmapping it from the process address space.
2045  *
2046  * The page must be locked.
2047  */
2048 static inline void
2049 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
2050 {
2051         int queue;
2052
2053         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2054
2055         /*
2056          * Ignore if already inactive.
2057          */
2058         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE)
2059                 return;
2060         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2061                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2062                 vm_page_lock_queues();
2063                 if (queue != PQ_NONE)
2064                         vm_page_queue_remove(queue, m);
2065                 if (athead)
2066                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m,
2067                             pageq);
2068                 else
2069                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m,
2070                             pageq);
2071                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2072                 cnt.v_inactive_count++;
2073                 vm_page_unlock_queues();
2074         }
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Move the specified page to the inactive queue.
2079  *
2080  * The page must be locked.
2081  */
2082 void
2083 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2084 {
2085
2086         _vm_page_deactivate(m, 0);
2087 }
2088
2089 /*
2090  * vm_page_try_to_cache:
2091  *
2092  * Returns 0 on failure, 1 on success
2093  */
2094 int
2095 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2096 {
2097
2098         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2099         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2100         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
2101             (m->oflags & (VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED)) != 0)
2102                 return (0);
2103         pmap_remove_all(m);
2104         if (m->dirty)
2105                 return (0);
2106         vm_page_cache(m);
2107         return (1);
2108 }
2109
2110 /*
2111  * vm_page_try_to_free()
2112  *
2113  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2114  *      1 is returned on success, 0 on failure.
2115  */
2116 int
2117 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2118 {
2119
2120         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2121         if (m->object != NULL)
2122                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2123         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
2124             (m->oflags & (VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED)) != 0)
2125                 return (0);
2126         pmap_remove_all(m);
2127         if (m->dirty)
2128                 return (0);
2129         vm_page_free(m);
2130         return (1);
2131 }
2132
2133 /*
2134  * vm_page_cache
2135  *
2136  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2137  *
2138  * The object and page must be locked.
2139  */
2140 void
2141 vm_page_cache(vm_page_t m)
2142 {
2143         vm_object_t object;
2144         vm_page_t next, prev, root;
2145
2146         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2147         object = m->object;
2148         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2149         if ((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) || m->busy ||
2150             m->hold_count || m->wire_count)
2151                 panic("vm_page_cache: attempting to cache busy page");
2152         pmap_remove_all(m);
2153         if (m->dirty != 0)
2154                 panic("vm_page_cache: page %p is dirty", m);
2155         if (m->valid == 0 || object->type == OBJT_DEFAULT ||
2156             (object->type == OBJT_SWAP &&
2157             !vm_pager_has_page(object, m->pindex, NULL, NULL))) {
2158                 /*
2159                  * Hypothesis: A cache-elgible page belonging to a
2160                  * default object or swap object but without a backing
2161                  * store must be zero filled.
2162                  */
2163                 vm_page_free(m);
2164                 return;
2165         }
2166         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
2167             ("vm_page_cache: page %p is already cached", m));
2168         PCPU_INC(cnt.v_tcached);
2169
2170         /*
2171          * Remove the page from the paging queues.
2172          */
2173         vm_pageq_remove(m);
2174
2175         /*
2176          * Remove the page from the object's collection of resident
2177          * pages. 
2178          */
2179         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL && next->left == m) {
2180                 /*
2181                  * Since the page's successor in the list is also its parent
2182                  * in the tree, its right subtree must be empty.
2183                  */
2184                 next->left = m->left;
2185                 KASSERT(m->right == NULL,
2186                     ("vm_page_cache: page %p has right child", m));
2187         } else if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
2188             prev->right == m) {
2189                 /*
2190                  * Since the page's predecessor in the list is also its parent
2191                  * in the tree, its left subtree must be empty.
2192                  */
2193                 KASSERT(m->left == NULL,
2194                     ("vm_page_cache: page %p has left child", m));
2195                 prev->right = m->right;
2196         } else {
2197                 if (m != object->root)
2198                         vm_page_splay(m->pindex, object->root);
2199                 if (m->left == NULL)
2200                         root = m->right;
2201                 else if (m->right == NULL)
2202                         root = m->left;
2203                 else {
2204                         /*
2205                          * Move the page's successor to the root, because
2206                          * pages are usually removed in ascending order.
2207                          */
2208                         if (m->right != next)
2209                                 vm_page_splay(m->pindex, m->right);
2210                         next->left = m->left;
2211                         root = next;
2212                 }
2213                 object->root = root;
2214         }
2215         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
2216         object->resident_page_count--;
2217
2218         /*
2219          * Restore the default memory attribute to the page.
2220          */
2221         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2222                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2223
2224         /*
2225          * Insert the page into the object's collection of cached pages
2226          * and the physical memory allocator's cache/free page queues.
2227          */
2228         m->flags &= ~PG_ZERO;
2229         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2230         m->flags |= PG_CACHED;
2231         cnt.v_cache_count++;
2232         root = object->cache;
2233         if (root == NULL) {
2234                 m->left = NULL;
2235                 m->right = NULL;
2236         } else {
2237                 root = vm_page_splay(m->pindex, root);
2238                 if (m->pindex < root->pindex) {
2239                         m->left = root->left;
2240                         m->right = root;
2241                         root->left = NULL;
2242                 } else if (__predict_false(m->pindex == root->pindex))
2243                         panic("vm_page_cache: offset already cached");
2244                 else {
2245                         m->right = root->right;
2246                         m->left = root;
2247                         root->right = NULL;
2248                 }
2249         }
2250         object->cache = m;
2251 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2252         if (!vm_reserv_free_page(m)) {
2253 #else
2254         if (TRUE) {
2255 #endif
2256                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_CACHE, m, 0);
2257                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2258         }
2259         vm_page_free_wakeup();
2260         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2261
2262         /*
2263          * Increment the vnode's hold count if this is the object's only
2264          * cached page.  Decrement the vnode's hold count if this was
2265          * the object's only resident page.
2266          */
2267         if (object->type == OBJT_VNODE) {
2268                 if (root == NULL && object->resident_page_count != 0)
2269                         vhold(object->handle);
2270                 else if (root != NULL && object->resident_page_count == 0)
2271                         vdrop(object->handle);
2272         }
2273 }
2274
2275 /*
2276  * vm_page_dontneed
2277  *
2278  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2279  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2280  *
2281  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
2282  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2283  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2284  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2285  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2286  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2287  *
2288  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2289  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2290  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
2291  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
2292  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2293  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
2294  *      often.
2295  *
2296  *      The object and page must be locked.
2297  */
2298 void
2299 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2300 {
2301         int dnw;
2302         int head;
2303
2304         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2305         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2306         dnw = PCPU_GET(dnweight);
2307         PCPU_INC(dnweight);
2308
2309         /*
2310          * Occasionally leave the page alone.
2311          */
2312         if ((dnw & 0x01F0) == 0 || m->queue == PQ_INACTIVE) {
2313                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2314                         --m->act_count;
2315                 return;
2316         }
2317
2318         /*
2319          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
2320          * immediately reactivate the page.
2321          *
2322          * Perform the pmap_clear_reference() first.  Otherwise, a concurrent
2323          * pmap operation, such as pmap_remove(), could clear a reference in
2324          * the pmap and set PGA_REFERENCED on the page before the
2325          * pmap_clear_reference() had completed.  Consequently, the page would
2326          * appear referenced based upon an old reference that occurred before
2327          * this function ran.
2328          */
2329         pmap_clear_reference(m);
2330         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
2331
2332         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
2333                 vm_page_dirty(m);
2334
2335         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2336                 /*
2337                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2338                  */
2339                 head = 0;
2340         } else {
2341                 /*
2342                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2343                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2344                  * at the head of the queue instead of the tail.
2345                  */
2346                 head = 1;
2347         }
2348         _vm_page_deactivate(m, head);
2349 }
2350
2351 /*
2352  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
2353  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
2354  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
2355  * and then conditionally zero it.
2356  *
2357  * The caller must always specify the VM_ALLOC_RETRY flag.  This is intended
2358  * to facilitate its eventual removal.
2359  *
2360  * This routine may sleep.
2361  *
2362  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
2363  * and reacquired if the routine sleeps.
2364  */
2365 vm_page_t
2366 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2367 {
2368         vm_page_t m;
2369
2370         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2371         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) != 0,
2372             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_RETRY is required"));
2373 retrylookup:
2374         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
2375                 if ((m->oflags & VPO_BUSY) != 0 ||
2376                     ((allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) == 0 && m->busy != 0)) {
2377                         /*
2378                          * Reference the page before unlocking and
2379                          * sleeping so that the page daemon is less
2380                          * likely to reclaim it.
2381                          */
2382                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2383                         vm_page_sleep(m, "pgrbwt");
2384                         goto retrylookup;
2385                 } else {
2386                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2387                                 vm_page_lock(m);
2388                                 vm_page_wire(m);
2389                                 vm_page_unlock(m);
2390                         }
2391                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
2392                                 vm_page_busy(m);
2393                         return (m);
2394                 }
2395         }
2396         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~(VM_ALLOC_RETRY |
2397             VM_ALLOC_IGN_SBUSY));
2398         if (m == NULL) {
2399                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
2400                 VM_WAIT;
2401                 VM_OBJECT_LOCK(object);
2402                 goto retrylookup;
2403         } else if (m->valid != 0)
2404                 return (m);
2405         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
2406                 pmap_zero_page(m);
2407         return (m);
2408 }
2409
2410 /*
2411  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
2412  *
2413  * Inputs are required to range within a page.
2414  */
2415 vm_page_bits_t
2416 vm_page_bits(int base, int size)
2417 {
2418         int first_bit;
2419         int last_bit;
2420
2421         KASSERT(
2422             base + size <= PAGE_SIZE,
2423             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2424         );
2425
2426         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2427                 return (0);
2428
2429         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2430         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2431
2432         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
2433             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
2434 }
2435
2436 /*
2437  *      vm_page_set_valid:
2438  *
2439  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
2440  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2441  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2442  *      such chunks will be zeroed.
2443  *
2444  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2445  */
2446 void
2447 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2448 {
2449         int endoff, frag;
2450
2451         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2452         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2453                 return;
2454
2455         /*
2456          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2457          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2458          * first block.
2459          */
2460         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2461             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2462                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2463
2464         /*
2465          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2466          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2467          * the last block.
2468          */
2469         endoff = base + size;
2470         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2471             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2472                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2473                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2474
2475         /*
2476          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
2477          * is already dirty. 
2478          */
2479         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
2480             ("vm_page_set_valid: page %p is dirty", m)); 
2481
2482         /*
2483          * Set valid bits inclusive of any overlap.
2484          */
2485         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2486 }
2487
2488 /*
2489  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
2490  */
2491 static __inline void
2492 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
2493 {
2494         uintptr_t addr;
2495 #if PAGE_SIZE < 16384
2496         int shift;
2497 #endif
2498
2499         /*
2500          * If the object is locked and the page is neither VPO_BUSY nor
2501          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
2502          * set by a concurrent pmap operation.
2503          */
2504         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2505         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 && !pmap_page_is_write_mapped(m))
2506                 m->dirty &= ~pagebits;
2507         else {
2508                 /*
2509                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
2510                  * holding a distinguished lock.  The combination of
2511                  * the object's lock and an atomic operation suffice
2512                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
2513                  *
2514                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
2515                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
2516                  * alignment is needed. Only require existence of
2517                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
2518                  */
2519                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
2520 #if PAGE_SIZE == 32768
2521                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
2522 #elif PAGE_SIZE == 16384
2523                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
2524 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
2525                 /*
2526                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
2527                  * containing aligned word, to not depend on the existence
2528                  * of atomic_clear_{8, 16}.
2529                  */
2530                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
2531 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
2532                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
2533 #else
2534                 shift *= NBBY;
2535 #endif
2536                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
2537                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
2538 #endif          /* PAGE_SIZE */
2539         }
2540 }
2541
2542 /*
2543  *      vm_page_set_validclean:
2544  *
2545  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2546  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2547  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2548  *      such chunks will be zero'd.
2549  *
2550  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2551  */
2552 void
2553 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2554 {
2555         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
2556         int endoff, frag;
2557
2558         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2559         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2560                 return;
2561
2562         /*
2563          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2564          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2565          * first block.
2566          */
2567         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2568             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2569                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2570
2571         /*
2572          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2573          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2574          * the last block.
2575          */
2576         endoff = base + size;
2577         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2578             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2579                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2580                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2581
2582         /*
2583          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2584          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2585          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
2586          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2587          * be set again.
2588          *
2589          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2590          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2591          * the range.
2592          */
2593         oldvalid = m->valid;
2594         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2595         m->valid |= pagebits;
2596 #if 0   /* NOT YET */
2597         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
2598                 frag = DEV_BSIZE - frag;
2599                 base += frag;
2600                 size -= frag;
2601                 if (size < 0)
2602                         size = 0;
2603         }
2604         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
2605 #endif
2606         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2607                 /*
2608                  * The page can only be modified within the pmap if it is
2609                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
2610                  * fully valid.
2611                  */
2612                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
2613                         /*
2614                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
2615                          * a concurrent pmap operation, such as
2616                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
2617                          * pmap and set the dirty field on the page before
2618                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
2619                          * field was cleared here.
2620                          */
2621                         pmap_clear_modify(m);
2622                 m->dirty = 0;
2623                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
2624         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
2625                 m->dirty &= ~pagebits;
2626         else
2627                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
2628 }
2629
2630 void
2631 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2632 {
2633
2634         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
2635 }
2636
2637 /*
2638  *      vm_page_set_invalid:
2639  *
2640  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2641  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2642  */
2643 void
2644 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2645 {
2646         vm_page_bits_t bits;
2647
2648         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2649         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
2650             ("vm_page_set_invalid: page %p is busy", m));
2651         bits = vm_page_bits(base, size);
2652         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
2653                 pmap_remove_all(m);
2654         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2655             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
2656         m->valid &= ~bits;
2657         m->dirty &= ~bits;
2658 }
2659
2660 /*
2661  * vm_page_zero_invalid()
2662  *
2663  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2664  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2665  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2666  *      page so user code sees what it expects.
2667  *
2668  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2669  *      into memory and the file's size is not page aligned.
2670  */
2671 void
2672 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2673 {
2674         int b;
2675         int i;
2676
2677         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2678         /*
2679          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2680          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2681          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2682          * vm_page_set_validclean().
2683          */
2684         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2685                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2686                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
2687                         if (i > b) {
2688                                 pmap_zero_page_area(m, 
2689                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
2690                         }
2691                         b = i + 1;
2692                 }
2693         }
2694
2695         /*
2696          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2697          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
2698          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2699          */
2700         if (setvalid)
2701                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2702 }
2703
2704 /*
2705  *      vm_page_is_valid:
2706  *
2707  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2708  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
2709  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
2710  */
2711 int
2712 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2713 {
2714         vm_page_bits_t bits;
2715
2716         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2717         bits = vm_page_bits(base, size);
2718         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2719                 return 1;
2720         else
2721                 return 0;
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
2726  */
2727 void
2728 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2729 {
2730
2731         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2732         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
2733                 vm_page_dirty(m);
2734 }
2735
2736 void
2737 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2738 {
2739
2740         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
2741 }
2742
2743 void
2744 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2745 {
2746
2747         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
2748 }
2749
2750 int
2751 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2752 {
2753
2754         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
2755 }
2756
2757 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
2758 void
2759 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
2760 {
2761
2762         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
2763 }
2764 #endif
2765
2766 int so_zerocp_fullpage = 0;
2767
2768 /*
2769  *      Replace the given page with a copy.  The copied page assumes
2770  *      the portion of the given page's "wire_count" that is not the
2771  *      responsibility of this copy-on-write mechanism.
2772  *
2773  *      The object containing the given page must have a non-zero
2774  *      paging-in-progress count and be locked.
2775  */
2776 void
2777 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
2778 {
2779         vm_page_t mnew;
2780         vm_object_t object;
2781         vm_pindex_t pindex;
2782
2783         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_NOTOWNED);
2784         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2785         object = m->object;
2786         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2787         KASSERT(object->paging_in_progress != 0,
2788             ("vm_page_cowfault: object %p's paging-in-progress count is zero.",
2789             object)); 
2790         pindex = m->pindex;
2791
2792  retry_alloc:
2793         pmap_remove_all(m);
2794         vm_page_remove(m);
2795         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY);
2796         if (mnew == NULL) {
2797                 vm_page_insert(m, object, pindex);
2798                 vm_page_unlock(m);
2799                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
2800                 VM_WAIT;
2801                 VM_OBJECT_LOCK(object);
2802                 if (m == vm_page_lookup(object, pindex)) {
2803                         vm_page_lock(m);
2804                         goto retry_alloc;
2805                 } else {
2806                         /*
2807                          * Page disappeared during the wait.
2808                          */
2809                         return;
2810                 }
2811         }
2812
2813         if (m->cow == 0) {
2814                 /* 
2815                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
2816                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
2817                  * the way they were 
2818                  */
2819                 vm_page_unlock(m);
2820                 vm_page_lock(mnew);
2821                 vm_page_free(mnew);
2822                 vm_page_unlock(mnew);
2823                 vm_page_insert(m, object, pindex);
2824         } else { /* clear COW & copy page */
2825                 if (!so_zerocp_fullpage)
2826                         pmap_copy_page(m, mnew);
2827                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2828                 vm_page_dirty(mnew);
2829                 mnew->wire_count = m->wire_count - m->cow;
2830                 m->wire_count = m->cow;
2831                 vm_page_unlock(m);
2832         }
2833 }
2834
2835 void 
2836 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
2837 {
2838
2839         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2840         if (m->cow) {
2841                 m->cow--;
2842                 /* 
2843                  * let vm_fault add back write permission  lazily
2844                  */
2845         } 
2846         /*
2847          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
2848          */ 
2849 }
2850
2851 int
2852 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
2853 {
2854
2855         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2856         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2857             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
2858             m->cow == USHRT_MAX - 1 || !VM_OBJECT_TRYLOCK(m->object))
2859                 return (EBUSY);
2860         m->cow++;
2861         pmap_remove_write(m);
2862         VM_OBJECT_UNLOCK(m->object);
2863         return (0);
2864 }
2865
2866 #ifdef INVARIANTS
2867 void
2868 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
2869 {
2870
2871         /*
2872          * Certain of the page's fields may only be modified by the
2873          * holder of the containing object's lock or the setter of the
2874          * page's VPO_BUSY flag.  Unfortunately, the setter of the
2875          * VPO_BUSY flag is not recorded, and thus cannot be checked
2876          * here.
2877          */
2878         if (m->object != NULL && (m->oflags & VPO_BUSY) == 0)
2879                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2880 }
2881 #endif
2882
2883 #include "opt_ddb.h"
2884 #ifdef DDB
2885 #include <sys/kernel.h>
2886
2887 #include <ddb/ddb.h>
2888
2889 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2890 {
2891         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
2892         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
2893         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
2894         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
2895         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
2896         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
2897         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
2898         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
2899         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
2900         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
2901 }
2902
2903 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2904 {
2905                 
2906         db_printf("PQ_FREE:");
2907         db_printf(" %d", cnt.v_free_count);
2908         db_printf("\n");
2909                 
2910         db_printf("PQ_CACHE:");
2911         db_printf(" %d", cnt.v_cache_count);
2912         db_printf("\n");
2913
2914         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2915                 *vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt,
2916                 *vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt);
2917 }
2918
2919 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
2920 {
2921         vm_page_t m;
2922         boolean_t phys;
2923
2924         if (!have_addr) {
2925                 db_printf("show pginfo addr\n");
2926                 return;
2927         }
2928
2929         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
2930         if (phys)
2931                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
2932         else
2933                 m = (vm_page_t)addr;
2934         db_printf(
2935     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
2936     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %d valid 0x%x dirty 0x%x\n",
2937             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
2938             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
2939             m->flags, m->act_count, m->busy, m->valid, m->dirty);
2940 }
2941 #endif /* DDB */