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  * 3. 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 page queue lock is required when adding or removing a page from a
  67  *        page queue regardless of other locks or the busy state of a page.
  68  *
  69  *              * In general, no thread besides the page daemon can acquire or
  70  *                hold more than one page queue lock at a time.
  71  *
  72  *              * The page daemon can acquire and hold any pair of page queue
  73  *                locks in any order.
  74  *
  75  *      - The object lock is required when inserting or removing
  76  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
  77  *
  78  */
  79
  80 /*
  81  *      Resident memory management module.
  82  */
  83
  84 #include <sys/cdefs.h>
  85 __FBSDID("$FreeBSD$");
  86
  87 #include "opt_vm.h"
  88
  89 #include <sys/param.h>
  90 #include <sys/systm.h>
  91 #include <sys/lock.h>
  92 #include <sys/kernel.h>
  93 #include <sys/limits.h>
  94 #include <sys/linker.h>
  95 #include <sys/malloc.h>
  96 #include <sys/mman.h>
  97 #include <sys/msgbuf.h>
  98 #include <sys/mutex.h>
  99 #include <sys/proc.h>
 100 #include <sys/rwlock.h>
 101 #include <sys/sbuf.h>
 102 #include <sys/smp.h>
 103 #include <sys/sysctl.h>
 104 #include <sys/vmmeter.h>
 105 #include <sys/vnode.h>
 106
 107 #include <vm/vm.h>
 108 #include <vm/pmap.h>
 109 #include <vm/vm_param.h>
 110 #include <vm/vm_kern.h>
 111 #include <vm/vm_object.h>
 112 #include <vm/vm_page.h>
 113 #include <vm/vm_pageout.h>
 114 #include <vm/vm_pager.h>
 115 #include <vm/vm_phys.h>
 116 #include <vm/vm_radix.h>
 117 #include <vm/vm_reserv.h>
 118 #include <vm/vm_extern.h>
 119 #include <vm/uma.h>
 120 #include <vm/uma_int.h>
 121
 122 #include <machine/md_var.h>
 123
 124 /*
 125  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
 126  *      page structure.
 127  */
 128
 129 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
 130 struct mtx_padalign vm_page_queue_free_mtx;
 131
 132 struct mtx_padalign pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
 133
 134 /*
 135  * bogus page -- for I/O to/from partially complete buffers,
 136  * or for paging into sparsely invalid regions.
 137  */
 138 vm_page_t bogus_page;
 139
 140 vm_page_t vm_page_array;
 141 long vm_page_array_size;
 142 long first_page;
 143
 144 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
 145 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 146     &boot_pages, 0,
 147     "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
 148
 149 static int pa_tryrelock_restart;
 150 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
 151     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
 152
 153 static TAILQ_HEAD(, vm_page) blacklist_head;
 154 static int sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 155 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, page_blacklist, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD |
 156     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, sysctl_vm_page_blacklist, "A", "Blacklist pages");
 157
 158 /* Is the page daemon waiting for free pages? */
 159 static int vm_pageout_pages_needed;
 160
 161 static uma_zone_t fakepg_zone;
 162
 163 static void vm_page_alloc_check(vm_page_t m);
 164 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
 165 static void vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m);
 166 static void vm_page_free_wakeup(void);
 167 static void vm_page_init(void *dummy);
 168 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
 169     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
 170 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
 171     vm_page_t mpred);
 172 static int vm_page_reclaim_run(int req_class, u_long npages, vm_page_t m_run,
 173     vm_paddr_t high);
 174
 175 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init, NULL);
 176
 177 static void
 178 vm_page_init(void *dummy)
 179 {
 180
 181         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
 182             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM);
 183         bogus_page = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ |
 184             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED);
 185 }
 186
 187 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
 188 #if PAGE_SIZE == 32768
 189 #ifdef CTASSERT
 190 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
 191 #endif
 192 #endif
 193
 194 /*
 195  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
 196  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
 197  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
 198  * the virtual to physical mapping has changed.
 199  */
 200 int
 201 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
 202 {
 203         vm_paddr_t lockpa;
 204
 205         lockpa = *locked;
 206         *locked = pa;
 207         if (lockpa) {
 208                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
 209                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
 210                         return (0);
 211                 PA_UNLOCK(lockpa);
 212         }
 213         if (PA_TRYLOCK(pa))
 214                 return (0);
 215         PMAP_UNLOCK(pmap);
 216         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
 217         PA_LOCK(pa);
 218         PMAP_LOCK(pmap);
 219         return (EAGAIN);
 220 }
 221
 222 /*
 223  *      vm_set_page_size:
 224  *
 225  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
 226  *      size.  Must be called before any use of page-size
 227  *      dependent functions.
 228  */
 229 void
 230 vm_set_page_size(void)
 231 {
 232         if (vm_cnt.v_page_size == 0)
 233                 vm_cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
 234         if (((vm_cnt.v_page_size - 1) & vm_cnt.v_page_size) != 0)
 235                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
 236 }
 237
 238 /*
 239  *      vm_page_blacklist_next:
 240  *
 241  *      Find the next entry in the provided string of blacklist
 242  *      addresses.  Entries are separated by space, comma, or newline.
 243  *      If an invalid integer is encountered then the rest of the
 244  *      string is skipped.  Updates the list pointer to the next
 245  *      character, or NULL if the string is exhausted or invalid.
 246  */
 247 static vm_paddr_t
 248 vm_page_blacklist_next(char **list, char *end)
 249 {
 250         vm_paddr_t bad;
 251         char *cp, *pos;
 252
 253         if (list == NULL || *list == NULL)
 254                 return (0);
 255         if (**list =='\0') {
 256                 *list = NULL;
 257                 return (0);
 258         }
 259
 260         /*
 261          * If there's no end pointer then the buffer is coming from
 262          * the kenv and we know it's null-terminated.
 263          */
 264         if (end == NULL)
 265                 end = *list + strlen(*list);
 266
 267         /* Ensure that strtoq() won't walk off the end */
 268         if (*end != '\0') {
 269                 if (*end == '\n' || *end == ' ' || *end  == ',')
 270                         *end = '\0';
 271                 else {
 272                         printf("Blacklist not terminated, skipping\n");
 273                         *list = NULL;
 274                         return (0);
 275                 }
 276         }
 277
 278         for (pos = *list; *pos != '\0'; pos = cp) {
 279                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
 280                 if (*cp == '\0' || *cp == ' ' || *cp == ',' || *cp == '\n') {
 281                         if (bad == 0) {
 282                                 if (++cp < end)
 283                                         continue;
 284                                 else
 285                                         break;
 286                         }
 287                 } else
 288                         break;
 289                 if (*cp == '\0' || ++cp >= end)
 290                         *list = NULL;
 291                 else
 292                         *list = cp;
 293                 return (trunc_page(bad));
 294         }
 295         printf("Garbage in RAM blacklist, skipping\n");
 296         *list = NULL;
 297         return (0);
 298 }
 299
 300 /*
 301  *      vm_page_blacklist_check:
 302  *
 303  *      Iterate through the provided string of blacklist addresses, pulling
 304  *      each entry out of the physical allocator free list and putting it
 305  *      onto a list for reporting via the vm.page_blacklist sysctl.
 306  */
 307 static void
 308 vm_page_blacklist_check(char *list, char *end)
 309 {
 310         vm_paddr_t pa;
 311         vm_page_t m;
 312         char *next;
 313         int ret;
 314
 315         next = list;
 316         while (next != NULL) {
 317                 if ((pa = vm_page_blacklist_next(&next, end)) == 0)
 318                         continue;
 319                 m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
 320                 if (m == NULL)
 321                         continue;
 322                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
 323                 ret = vm_phys_unfree_page(m);
 324                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
 325                 if (ret == TRUE) {
 326                         TAILQ_INSERT_TAIL(&blacklist_head, m, listq);
 327                         if (bootverbose)
 328                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
 329                                     (uintmax_t)pa);
 330                 }
 331         }
 332 }
 333
 334 /*
 335  *      vm_page_blacklist_load:
 336  *
 337  *      Search for a special module named "ram_blacklist".  It'll be a
 338  *      plain text file provided by the user via the loader directive
 339  *      of the same name.
 340  */
 341 static void
 342 vm_page_blacklist_load(char **list, char **end)
 343 {
 344         void *mod;
 345         u_char *ptr;
 346         u_int len;
 347
 348         mod = NULL;
 349         ptr = NULL;
 350
 351         mod = preload_search_by_type("ram_blacklist");
 352         if (mod != NULL) {
 353                 ptr = preload_fetch_addr(mod);
 354                 len = preload_fetch_size(mod);
 355         }
 356         *list = ptr;
 357         if (ptr != NULL)
 358                 *end = ptr + len;
 359         else
 360                 *end = NULL;
 361         return;
 362 }
 363
 364 static int
 365 sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 366 {
 367         vm_page_t m;
 368         struct sbuf sbuf;
 369         int error, first;
 370
 371         first = 1;
 372         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 373         if (error != 0)
 374                 return (error);
 375         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 376         TAILQ_FOREACH(m, &blacklist_head, listq) {
 377                 sbuf_printf(&sbuf, "%s%#jx", first ? "" : ",",
 378                     (uintmax_t)m->phys_addr);
 379                 first = 0;
 380         }
 381         error = sbuf_finish(&sbuf);
 382         sbuf_delete(&sbuf);
 383         return (error);
 384 }
 385
 386 static void
 387 vm_page_domain_init(struct vm_domain *vmd)
 388 {
 389         struct vm_pagequeue *pq;
 390         int i;
 391
 392         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
 393             "vm inactive pagequeue";
 394         *__DECONST(u_int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_vcnt) =
 395             &vm_cnt.v_inactive_count;
 396         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
 397             "vm active pagequeue";
 398         *__DECONST(u_int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_vcnt) =
 399             &vm_cnt.v_active_count;
 400         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_name) =
 401             "vm laundry pagequeue";
 402         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_vcnt) =
 403             &vm_cnt.v_laundry_count;
 404         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_name) =
 405             "vm unswappable pagequeue";
 406         /* Unswappable dirty pages are counted as being in the laundry. */
 407         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_vcnt) =
 408             &vm_cnt.v_laundry_count;
 409         vmd->vmd_page_count = 0;
 410         vmd->vmd_free_count = 0;
 411         vmd->vmd_segs = 0;
 412         vmd->vmd_oom = FALSE;
 413         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
 414                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
 415                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
 416                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
 417                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
 418         }
 419 }
 420
 421 /*
 422  *      vm_page_startup:
 423  *
 424  *      Initializes the resident memory module.  Allocates physical memory for
 425  *      bootstrapping UMA and some data structures that are used to manage
 426  *      physical pages.  Initializes these structures, and populates the free
 427  *      page queues.
 428  */
 429 vm_offset_t
 430 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
 431 {
 432         vm_offset_t mapped;
 433         vm_paddr_t high_avail, low_avail, page_range, size;
 434         vm_paddr_t new_end;
 435         int i;
 436         vm_paddr_t pa;
 437         vm_paddr_t last_pa;
 438         char *list, *listend;
 439         vm_paddr_t end;
 440         vm_paddr_t biggestsize;
 441         int biggestone;
 442         int pages_per_zone;
 443
 444         biggestsize = 0;
 445         biggestone = 0;
 446         vaddr = round_page(vaddr);
 447
 448         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
 449                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
 450                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
 451         }
 452         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
 453                 size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
 454                 if (size > biggestsize) {
 455                         biggestone = i;
 456                         biggestsize = size;
 457                 }
 458         }
 459
 460         end = phys_avail[biggestone+1];
 461
 462         /*
 463          * Initialize the page and queue locks.
 464          */
 465         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
 466         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
 467                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
 468         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 469                 vm_page_domain_init(&vm_dom[i]);
 470
 471         /*
 472          * Almost all of the pages needed for bootstrapping UMA are used
 473          * for zone structures, so if the number of CPUs results in those
 474          * structures taking more than one page each, we set aside more pages
 475          * in proportion to the zone structure size.
 476          */
 477         pages_per_zone = howmany(sizeof(struct uma_zone) +
 478             sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1), UMA_SLAB_SIZE);
 479         if (pages_per_zone > 1) {
 480                 /* Reserve more pages so that we don't run out. */
 481                 boot_pages = UMA_BOOT_PAGES_ZONES * pages_per_zone;
 482         }
 483
 484         /*
 485          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
 486          * allocator.
 487          *
 488          * CTFLAG_RDTUN doesn't work during the early boot process, so we must
 489          * manually fetch the value.
 490          */
 491         TUNABLE_INT_FETCH("vm.boot_pages", &boot_pages);
 492         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
 493         new_end = trunc_page(new_end);
 494         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
 495             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 496         bzero((void *)mapped, end - new_end);
 497         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
 498
 499 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__arm__) || \
 500     defined(__i386__) || defined(__mips__)
 501         /*
 502          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
 503          * needs to be included in a minidump.
 504          *
 505          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
 506          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
 507          *
 508          * However, i386 still needs this workspace internally within the
 509          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
 510          * included should the sf_buf code decide to use them.
 511          */
 512         last_pa = 0;
 513         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 514                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
 515                         last_pa = dump_avail[i + 1];
 516         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
 517         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
 518         new_end -= vm_page_dump_size;
 519         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
 520             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 521         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
 522 #endif
 523 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
 524         /*
 525          * Include the UMA bootstrap pages and vm_page_dump in a crash dump.
 526          * When pmap_map() uses the direct map, they are not automatically
 527          * included.
 528          */
 529         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
 530                 dump_add_page(pa);
 531 #endif
 532         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
 533 #ifdef __amd64__
 534         /*
 535          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
 536          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
 537          * through the direct map, they are not automatically included.
 538          */
 539         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
 540         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
 541         while (pa < last_pa) {
 542                 dump_add_page(pa);
 543                 pa += PAGE_SIZE;
 544         }
 545 #endif
 546         /*
 547          * Compute the number of pages of memory that will be available for
 548          * use, taking into account the overhead of a page structure per page.
 549          * In other words, solve
 550          *      "available physical memory" - round_page(page_range *
 551          *          sizeof(struct vm_page)) = page_range * PAGE_SIZE
 552          * for page_range.
 553          */
 554         low_avail = phys_avail[0];
 555         high_avail = phys_avail[1];
 556         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
 557                 if (vm_phys_segs[i].start < low_avail)
 558                         low_avail = vm_phys_segs[i].start;
 559                 if (vm_phys_segs[i].end > high_avail)
 560                         high_avail = vm_phys_segs[i].end;
 561         }
 562         /* Skip the first chunk.  It is already accounted for. */
 563         for (i = 2; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
 564                 if (phys_avail[i] < low_avail)
 565                         low_avail = phys_avail[i];
 566                 if (phys_avail[i + 1] > high_avail)
 567                         high_avail = phys_avail[i + 1];
 568         }
 569         first_page = low_avail / PAGE_SIZE;
 570 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
 571         size = 0;
 572         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++)
 573                 size += vm_phys_segs[i].end - vm_phys_segs[i].start;
 574         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 575                 size += phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
 576 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
 577         size = high_avail - low_avail;
 578 #else
 579 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
 580 #endif
 581
 582 #ifdef VM_PHYSSEG_DENSE
 583         /*
 584          * In the VM_PHYSSEG_DENSE case, the number of pages can account for
 585          * the overhead of a page structure per page only if vm_page_array is
 586          * allocated from the last physical memory chunk.  Otherwise, we must
 587          * allocate page structures representing the physical memory
 588          * underlying vm_page_array, even though they will not be used.
 589          */
 590         if (new_end != high_avail)
 591                 page_range = size / PAGE_SIZE;
 592         else
 593 #endif
 594         {
 595                 page_range = size / (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page));
 596
 597                 /*
 598                  * If the partial bytes remaining are large enough for
 599                  * a page (PAGE_SIZE) without a corresponding
 600                  * 'struct vm_page', then new_end will contain an
 601                  * extra page after subtracting the length of the VM
 602                  * page array.  Compensate by subtracting an extra
 603                  * page from new_end.
 604                  */
 605                 if (size % (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page)) >= PAGE_SIZE) {
 606                         if (new_end == high_avail)
 607                                 high_avail -= PAGE_SIZE;
 608                         new_end -= PAGE_SIZE;
 609                 }
 610         }
 611         end = new_end;
 612
 613         /*
 614          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
 615          * However, because this page is allocated from KVM, out-of-bounds
 616          * accesses using the direct map will not be trapped.
 617          */
 618         vaddr += PAGE_SIZE;
 619
 620         /*
 621          * Allocate physical memory for the page structures, and map it.
 622          */
 623         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
 624         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
 625             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 626         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
 627 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 628         /*
 629          * Allocate physical memory for the reservation management system's
 630          * data structures, and map it.
 631          */
 632         if (high_avail == end)
 633                 high_avail = new_end;
 634         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_avail);
 635 #endif
 636 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
 637         /*
 638          * Include vm_page_array and vm_reserv_array in a crash dump.
 639          */
 640         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
 641                 dump_add_page(pa);
 642 #endif
 643         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
 644
 645         /*
 646          * Add physical memory segments corresponding to the available
 647          * physical pages.
 648          */
 649         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 650                 vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
 651
 652         /*
 653          * Clear all of the page structures
 654          */
 655         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
 656         for (i = 0; i < page_range; i++)
 657                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
 658         vm_page_array_size = page_range;
 659
 660         /*
 661          * Initialize the physical memory allocator.
 662          */
 663         vm_phys_init();
 664
 665         /*
 666          * Add every available physical page that is not blacklisted to
 667          * the free lists.
 668          */
 669         vm_cnt.v_page_count = 0;
 670         vm_cnt.v_free_count = 0;
 671         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
 672                 pa = phys_avail[i];
 673                 last_pa = phys_avail[i + 1];
 674                 while (pa < last_pa) {
 675                         vm_phys_add_page(pa);
 676                         pa += PAGE_SIZE;
 677                 }
 678         }
 679
 680         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
 681         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
 682         vm_page_blacklist_check(list, listend);
 683
 684         list = kern_getenv("vm.blacklist");
 685         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
 686
 687         freeenv(list);
 688 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 689         /*
 690          * Initialize the reservation management system.
 691          */
 692         vm_reserv_init();
 693 #endif
 694         return (vaddr);
 695 }
 696
 697 void
 698 vm_page_reference(vm_page_t m)
 699 {
 700
 701         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
 702 }
 703
 704 /*
 705  *      vm_page_busy_downgrade:
 706  *
 707  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
 708  */
 709 void
 710 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
 711 {
 712         u_int x;
 713         bool locked;
 714
 715         vm_page_assert_xbusied(m);
 716         locked = mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
 717
 718         for (;;) {
 719                 x = m->busy_lock;
 720                 x &= VPB_BIT_WAITERS;
 721                 if (x != 0 && !locked)
 722                         vm_page_lock(m);
 723                 if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock,
 724                     VPB_SINGLE_EXCLUSIVER | x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
 725                         break;
 726                 if (x != 0 && !locked)
 727                         vm_page_unlock(m);
 728         }
 729         if (x != 0) {
 730                 wakeup(m);
 731                 if (!locked)
 732                         vm_page_unlock(m);
 733         }
 734 }
 735
 736 /*
 737  *      vm_page_sbusied:
 738  *
 739  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
 740  */
 741 int
 742 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
 743 {
 744         u_int x;
 745
 746         x = m->busy_lock;
 747         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
 748 }
 749
 750 /*
 751  *      vm_page_sunbusy:
 752  *
 753  *      Shared unbusy a page.
 754  */
 755 void
 756 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
 757 {
 758         u_int x;
 759
 760         vm_page_assert_sbusied(m);
 761
 762         for (;;) {
 763                 x = m->busy_lock;
 764                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
 765                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
 766                             x - VPB_ONE_SHARER))
 767                                 break;
 768                         continue;
 769                 }
 770                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0) {
 771                         KASSERT(x == VPB_SHARERS_WORD(1),
 772                             ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
 773                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock,
 774                             VPB_SHARERS_WORD(1), VPB_UNBUSIED))
 775                                 break;
 776                         continue;
 777                 }
 778                 KASSERT(x == (VPB_SHARERS_WORD(1) | VPB_BIT_WAITERS),
 779                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state for waiters"));
 780
 781                 vm_page_lock(m);
 782                 if (!atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, VPB_UNBUSIED)) {
 783                         vm_page_unlock(m);
 784                         continue;
 785                 }
 786                 wakeup(m);
 787                 vm_page_unlock(m);
 788                 break;
 789         }
 790 }
 791
 792 /*
 793  *      vm_page_busy_sleep:
 794  *
 795  *      Sleep and release the page lock, using the page pointer as wchan.
 796  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
 797  *
 798  *      The given page must be locked.
 799  *
 800  *      If nonshared is true, sleep only if the page is xbusy.
 801  */
 802 void
 803 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, bool nonshared)
 804 {
 805         u_int x;
 806
 807         vm_page_assert_locked(m);
 808
 809         x = m->busy_lock;
 810         if (x == VPB_UNBUSIED || (nonshared && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
 811             ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
 812             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS))) {
 813                 vm_page_unlock(m);
 814                 return;
 815         }
 816         msleep(m, vm_page_lockptr(m), PVM | PDROP, wmesg, 0);
 817 }
 818
 819 /*
 820  *      vm_page_trysbusy:
 821  *
 822  *      Try to shared busy a page.
 823  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
 824  *      The operation never sleeps.
 825  */
 826 int
 827 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
 828 {
 829         u_int x;
 830
 831         for (;;) {
 832                 x = m->busy_lock;
 833                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
 834                         return (0);
 835                 if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, x, x + VPB_ONE_SHARER))
 836                         return (1);
 837         }
 838 }
 839
 840 static void
 841 vm_page_xunbusy_locked(vm_page_t m)
 842 {
 843
 844         vm_page_assert_xbusied(m);
 845         vm_page_assert_locked(m);
 846
 847         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
 848         /* There is a waiter, do wakeup() instead of vm_page_flash(). */
 849         wakeup(m);
 850 }
 851
 852 void
 853 vm_page_xunbusy_maybelocked(vm_page_t m)
 854 {
 855         bool lockacq;
 856
 857         vm_page_assert_xbusied(m);
 858
 859         /*
 860          * Fast path for unbusy.  If it succeeds, we know that there
 861          * are no waiters, so we do not need a wakeup.
 862          */
 863         if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock, VPB_SINGLE_EXCLUSIVER,
 864             VPB_UNBUSIED))
 865                 return;
 866
 867         lockacq = !mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
 868         if (lockacq)
 869                 vm_page_lock(m);
 870         vm_page_xunbusy_locked(m);
 871         if (lockacq)
 872                 vm_page_unlock(m);
 873 }
 874
 875 /*
 876  *      vm_page_xunbusy_hard:
 877  *
 878  *      Called after the first try the exclusive unbusy of a page failed.
 879  *      It is assumed that the waiters bit is on.
 880  */
 881 void
 882 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
 883 {
 884
 885         vm_page_assert_xbusied(m);
 886
 887         vm_page_lock(m);
 888         vm_page_xunbusy_locked(m);
 889         vm_page_unlock(m);
 890 }
 891
 892 /*
 893  *      vm_page_flash:
 894  *
 895  *      Wakeup anyone waiting for the page.
 896  *      The ownership bits do not change.
 897  *
 898  *      The given page must be locked.
 899  */
 900 void
 901 vm_page_flash(vm_page_t m)
 902 {
 903         u_int x;
 904
 905         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
 906
 907         for (;;) {
 908                 x = m->busy_lock;
 909                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
 910                         return;
 911                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
 912                     x & (~VPB_BIT_WAITERS)))
 913                         break;
 914         }
 915         wakeup(m);
 916 }
 917
 918 /*
 919  * Keep page from being freed by the page daemon
 920  * much of the same effect as wiring, except much lower
 921  * overhead and should be used only for *very* temporary
 922  * holding ("wiring").
 923  */
 924 void
 925 vm_page_hold(vm_page_t mem)
 926 {
 927
 928         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
 929         mem->hold_count++;
 930 }
 931
 932 void
 933 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
 934 {
 935
 936         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
 937         KASSERT(mem->hold_count >= 1, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
 938         --mem->hold_count;
 939         if (mem->hold_count == 0 && (mem->flags & PG_UNHOLDFREE) != 0)
 940                 vm_page_free_toq(mem);
 941 }
 942
 943 /*
 944  *      vm_page_unhold_pages:
 945  *
 946  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
 947  */
 948 void
 949 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
 950 {
 951         struct mtx *mtx, *new_mtx;
 952
 953         mtx = NULL;
 954         for (; count != 0; count--) {
 955                 /*
 956                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
 957                  */
 958                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
 959                 if (mtx != new_mtx) {
 960                         if (mtx != NULL)
 961                                 mtx_unlock(mtx);
 962                         mtx = new_mtx;
 963                         mtx_lock(mtx);
 964                 }
 965                 vm_page_unhold(*ma);
 966                 ma++;
 967         }
 968         if (mtx != NULL)
 969                 mtx_unlock(mtx);
 970 }
 971
 972 vm_page_t
 973 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
 974 {
 975         vm_page_t m;
 976
 977 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
 978         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
 979         if (m == NULL)
 980                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
 981         return (m);
 982 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
 983         long pi;
 984
 985         pi = atop(pa);
 986         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
 987                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
 988                 return (m);
 989         }
 990         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
 991 #else
 992 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
 993 #endif
 994 }
 995
 996 /*
 997  *      vm_page_getfake:
 998  *
 999  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1000  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1001  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1002  */
1003 vm_page_t
1004 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1005 {
1006         vm_page_t m;
1007
1008         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1009         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
1010         return (m);
1011 }
1012
1013 void
1014 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1015 {
1016
1017         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1018                 /*
1019                  * The page's memattr might have changed since the
1020                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1021                  * new memattr.
1022                  */
1023                 goto memattr;
1024         }
1025         m->phys_addr = paddr;
1026         m->queue = PQ_NONE;
1027         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1028         m->flags = PG_FICTITIOUS;
1029         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1030         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1031         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1032         m->wire_count = 1;
1033         pmap_page_init(m);
1034 memattr:
1035         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1036 }
1037
1038 /*
1039  *      vm_page_putfake:
1040  *
1041  *      Release a fictitious page.
1042  */
1043 void
1044 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1045 {
1046
1047         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1048         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1049             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1050         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1051 }
1052
1053 /*
1054  *      vm_page_updatefake:
1055  *
1056  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1057  *      memory attribute.
1058  */
1059 void
1060 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1061 {
1062
1063         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1064             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1065         m->phys_addr = paddr;
1066         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1067 }
1068
1069 /*
1070  *      vm_page_free:
1071  *
1072  *      Free a page.
1073  */
1074 void
1075 vm_page_free(vm_page_t m)
1076 {
1077
1078         m->flags &= ~PG_ZERO;
1079         vm_page_free_toq(m);
1080 }
1081
1082 /*
1083  *      vm_page_free_zero:
1084  *
1085  *      Free a page to the zerod-pages queue
1086  */
1087 void
1088 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1089 {
1090
1091         m->flags |= PG_ZERO;
1092         vm_page_free_toq(m);
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1097  * was optionally read ahead or behind.
1098  */
1099 void
1100 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1101 {
1102
1103         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1104         KASSERT(m->valid != 0, ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1105
1106         /*
1107          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1108          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1109          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1110          * unless the page is wanted by another thread.
1111          */
1112         vm_page_lock(m);
1113         if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1114                 vm_page_activate(m);
1115         else
1116                 vm_page_deactivate(m);
1117         vm_page_unlock(m);
1118         vm_page_xunbusy(m);
1119 }
1120
1121 /*
1122  *      vm_page_sleep_if_busy:
1123  *
1124  *      Sleep and release the page queues lock if the page is busied.
1125  *      Returns TRUE if the thread slept.
1126  *
1127  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1128  *      be locked.
1129  */
1130 int
1131 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
1132 {
1133         vm_object_t obj;
1134
1135         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1136         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1137
1138         if (vm_page_busied(m)) {
1139                 /*
1140                  * The page-specific object must be cached because page
1141                  * identity can change during the sleep, causing the
1142                  * re-lock of a different object.
1143                  * It is assumed that a reference to the object is already
1144                  * held by the callers.
1145                  */
1146                 obj = m->object;
1147                 vm_page_lock(m);
1148                 VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
1149                 vm_page_busy_sleep(m, msg, false);
1150                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1151                 return (TRUE);
1152         }
1153         return (FALSE);
1154 }
1155
1156 /*
1157  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1158  *
1159  *      Set all bits in the page's dirty field.
1160  *
1161  *      The object containing the specified page must be locked if the
1162  *      call is made from the machine-independent layer.
1163  *
1164  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1165  *
1166  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1167  */
1168 void
1169 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1170 {
1171
1172         /* Refer to this operation by its public name. */
1173         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
1174             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1175         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1176 }
1177
1178 /*
1179  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1180  *
1181  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1182  *
1183  *      The object must be locked.
1184  */
1185 int
1186 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1187 {
1188         vm_page_t mpred;
1189
1190         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1191         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1192         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1193 }
1194
1195 /*
1196  *      vm_page_insert_after:
1197  *
1198  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1199  *
1200  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1201  *      the specified object.
1202  *
1203  *      The object must be locked.
1204  */
1205 static int
1206 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1207     vm_page_t mpred)
1208 {
1209         vm_page_t msucc;
1210
1211         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1212         KASSERT(m->object == NULL,
1213             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1214         if (mpred != NULL) {
1215                 KASSERT(mpred->object == object,
1216                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1217                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1218                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1219                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1220         } else
1221                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1222         if (msucc != NULL)
1223                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1224                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1225
1226         /*
1227          * Record the object/offset pair in this page
1228          */
1229         m->object = object;
1230         m->pindex = pindex;
1231
1232         /*
1233          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1234          */
1235         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1236                 m->object = NULL;
1237                 m->pindex = 0;
1238                 return (1);
1239         }
1240         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1241         return (0);
1242 }
1243
1244 /*
1245  *      vm_page_insert_radixdone:
1246  *
1247  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1248  *      radix trie hooking.
1249  *
1250  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1251  *      specified object.
1252  *
1253  *      The object must be locked.
1254  */
1255 static void
1256 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1257 {
1258
1259         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1260         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1261             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1262         if (mpred != NULL) {
1263                 KASSERT(mpred->object == object,
1264                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1265                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1266                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1267         }
1268
1269         if (mpred != NULL)
1270                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1271         else
1272                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1273
1274         /*
1275          * Show that the object has one more resident page.
1276          */
1277         object->resident_page_count++;
1278
1279         /*
1280          * Hold the vnode until the last page is released.
1281          */
1282         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1283                 vhold(object->handle);
1284
1285         /*
1286          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1287          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1288          */
1289         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1290                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1291 }
1292
1293 /*
1294  *      vm_page_remove:
1295  *
1296  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1297  *      invalidate any backing storage.
1298  *
1299  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1300  */
1301 void
1302 vm_page_remove(vm_page_t m)
1303 {
1304         vm_object_t object;
1305         vm_page_t mrem;
1306
1307         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1308                 vm_page_assert_locked(m);
1309         if ((object = m->object) == NULL)
1310                 return;
1311         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1312         if (vm_page_xbusied(m))
1313                 vm_page_xunbusy_maybelocked(m);
1314         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1315         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1316
1317         /*
1318          * Now remove from the object's list of backed pages.
1319          */
1320         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1321
1322         /*
1323          * And show that the object has one fewer resident page.
1324          */
1325         object->resident_page_count--;
1326
1327         /*
1328          * The vnode may now be recycled.
1329          */
1330         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1331                 vdrop(object->handle);
1332
1333         m->object = NULL;
1334 }
1335
1336 /*
1337  *      vm_page_lookup:
1338  *
1339  *      Returns the page associated with the object/offset
1340  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1341  *
1342  *      The object must be locked.
1343  */
1344 vm_page_t
1345 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1346 {
1347
1348         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1349         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1350 }
1351
1352 /*
1353  *      vm_page_find_least:
1354  *
1355  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1356  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1357  *
1358  *      The object must be locked.
1359  */
1360 vm_page_t
1361 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1362 {
1363         vm_page_t m;
1364
1365         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1366         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1367                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1368         return (m);
1369 }
1370
1371 /*
1372  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1373  * resident; if none is found, NULL is returned.
1374  *
1375  * The object must be locked.
1376  */
1377 vm_page_t
1378 vm_page_next(vm_page_t m)
1379 {
1380         vm_page_t next;
1381
1382         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1383         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1384                 MPASS(next->object == m->object);
1385                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1386                         next = NULL;
1387         }
1388         return (next);
1389 }
1390
1391 /*
1392  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1393  * resident; if none is found, NULL is returned.
1394  *
1395  * The object must be locked.
1396  */
1397 vm_page_t
1398 vm_page_prev(vm_page_t m)
1399 {
1400         vm_page_t prev;
1401
1402         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1403         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1404                 MPASS(prev->object == m->object);
1405                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1406                         prev = NULL;
1407         }
1408         return (prev);
1409 }
1410
1411 /*
1412  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1413  * pindex which must be already present in the object.
1414  *
1415  * The existing page must not be on a paging queue.
1416  */
1417 vm_page_t
1418 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1419 {
1420         vm_page_t mold;
1421
1422         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1423         KASSERT(mnew->object == NULL,
1424             ("vm_page_replace: page already in object"));
1425
1426         /*
1427          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1428          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1429          * dance.  Double check such functions for more comments.
1430          */
1431
1432         mnew->object = object;
1433         mnew->pindex = pindex;
1434         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1435         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1436             ("vm_page_replace: mold is on a paging queue"));
1437
1438         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1439         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1440         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1441
1442         mold->object = NULL;
1443         vm_page_xunbusy_maybelocked(mold);
1444
1445         /*
1446          * The object's resident_page_count does not change because we have
1447          * swapped one page for another, but OBJ_MIGHTBEDIRTY.
1448          */
1449         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1450                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1451         return (mold);
1452 }
1453
1454 /*
1455  *      vm_page_rename:
1456  *
1457  *      Move the given memory entry from its
1458  *      current object to the specified target object/offset.
1459  *
1460  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1461  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1462  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1463  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1464  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1465  *
1466  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1467  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1468  *            swap.
1469  *
1470  *      The objects must be locked.
1471  */
1472 int
1473 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1474 {
1475         vm_page_t mpred;
1476         vm_pindex_t opidx;
1477
1478         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1479
1480         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1481         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1482             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1483
1484         /*
1485          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1486          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1487          * function.
1488          */
1489         opidx = m->pindex;
1490         m->pindex = new_pindex;
1491         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1492                 m->pindex = opidx;
1493                 return (1);
1494         }
1495
1496         /*
1497          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1498          * the listq iterator is tainted.
1499          */
1500         m->pindex = opidx;
1501         vm_page_lock(m);
1502         vm_page_remove(m);
1503
1504         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1505         m->pindex = new_pindex;
1506         m->object = new_object;
1507         vm_page_unlock(m);
1508         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1509         vm_page_dirty(m);
1510         return (0);
1511 }
1512
1513 /*
1514  *      vm_page_alloc:
1515  *
1516  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1517  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1518  *
1519  *      The caller must always specify an allocation class.
1520  *
1521  *      allocation classes:
1522  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1523  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1524  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1525  *
1526  *      optional allocation flags:
1527  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1528  *                              intends to allocate
1529  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1530  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1531  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1532  *                              should not be exclusive busy
1533  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1534  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1535  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1536  *
1537  *      This routine may not sleep.
1538  */
1539 vm_page_t
1540 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1541 {
1542         vm_page_t m, mpred;
1543         int flags, req_class;
1544
1545         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1546         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1547             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1548             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1549             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1550             ("vm_page_alloc: inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
1551         if (object != NULL)
1552                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1553
1554         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1555
1556         /*
1557          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1558          */
1559         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1560                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1561
1562         if (object != NULL) {
1563                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1564                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1565                    ("vm_page_alloc: pindex already allocated"));
1566         }
1567
1568         /*
1569          * Allocate a page if the number of free pages exceeds the minimum
1570          * for the request class.
1571          */
1572         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1573         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1574             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1575             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1576             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1577             vm_cnt.v_free_count > 0)) {
1578                 /*
1579                  * Can we allocate the page from a reservation?
1580                  */
1581 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1582                 if (object == NULL || (object->flags & (OBJ_COLORED |
1583                     OBJ_FICTITIOUS)) != OBJ_COLORED || (m =
1584                     vm_reserv_alloc_page(object, pindex, mpred)) == NULL)
1585 #endif
1586                 {
1587                         /*
1588                          * If not, allocate it from the free page queues.
1589                          */
1590                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1591                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1592 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1593                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1594                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1595                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1596                                     0);
1597                         }
1598 #endif
1599                 }
1600         } else {
1601                 /*
1602                  * Not allocatable, give up.
1603                  */
1604                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1605                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1606                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1607                 pagedaemon_wakeup();
1608                 return (NULL);
1609         }
1610
1611         /*
1612          *  At this point we had better have found a good page.
1613          */
1614         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1615         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1616         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1617         vm_page_alloc_check(m);
1618
1619         /*
1620          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1621          */
1622         flags = 0;
1623         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1624                 flags = PG_ZERO;
1625         flags &= m->flags;
1626         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1627                 flags |= PG_NODUMP;
1628         m->flags = flags;
1629         m->aflags = 0;
1630         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1631             VPO_UNMANAGED : 0;
1632         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1633         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1634                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1635         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1636                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1637         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1638                 /*
1639                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1640                  * page is inserted into the object.
1641                  */
1642                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1643                 m->wire_count = 1;
1644         }
1645         m->act_count = 0;
1646
1647         if (object != NULL) {
1648                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1649                         pagedaemon_wakeup();
1650                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1651                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1652                                 m->wire_count = 0;
1653                         }
1654                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1655                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1656                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1657                         /* Don't change PG_ZERO. */
1658                         vm_page_free_toq(m);
1659                         return (NULL);
1660                 }
1661
1662                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1663                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1664                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1665                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1666         } else
1667                 m->pindex = pindex;
1668
1669         /*
1670          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1671          * we would be nearly out of memory.
1672          */
1673         if (vm_paging_needed())
1674                 pagedaemon_wakeup();
1675
1676         return (m);
1677 }
1678
1679 /*
1680  *      vm_page_alloc_contig:
1681  *
1682  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1683  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1684  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1685  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1686  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1687  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1688  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1689  *      and "boundary" must be a power of two.
1690  *
1691  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1692  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1693  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1694  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1695  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1696  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1697  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1698  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1699  *
1700  *      The specified object may not contain fictitious pages.
1701  *
1702  *      The caller must always specify an allocation class.
1703  *
1704  *      allocation classes:
1705  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1706  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1707  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1708  *
1709  *      optional allocation flags:
1710  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1711  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1712  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1713  *                              should not be exclusive busy
1714  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1715  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1716  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1717  *
1718  *      This routine may not sleep.
1719  */
1720 vm_page_t
1721 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1722     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1723     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1724 {
1725         vm_page_t m, m_ret, mpred;
1726         u_int busy_lock, flags, oflags;
1727         int req_class;
1728
1729         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1730         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1731             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1732             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1733             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1734             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
1735             req));
1736         if (object != NULL) {
1737                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1738                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
1739                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
1740                     object));
1741         }
1742         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
1743         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1744
1745         /*
1746          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1747          */
1748         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1749                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1750
1751         if (object != NULL) {
1752                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1753                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1754                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
1755         }
1756
1757         /*
1758          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
1759          * below the lower bound for the allocation class?
1760          */
1761         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1762         if (vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_free_reserved ||
1763             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1764             vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1765             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1766             vm_cnt.v_free_count >= npages)) {
1767                 /*
1768                  * Can we allocate the pages from a reservation?
1769                  */
1770 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1771 retry:
1772                 if (object == NULL || (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1773                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, npages,
1774                     low, high, alignment, boundary, mpred)) == NULL)
1775 #endif
1776                         /*
1777                          * If not, allocate them from the free page queues.
1778                          */
1779                         m_ret = vm_phys_alloc_contig(npages, low, high,
1780                             alignment, boundary);
1781         } else {
1782                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1783                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, npages);
1784                 pagedaemon_wakeup();
1785                 return (NULL);
1786         }
1787         if (m_ret != NULL)
1788                 vm_phys_freecnt_adj(m_ret, -npages);
1789         else {
1790 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1791                 if (vm_reserv_reclaim_contig(npages, low, high, alignment,
1792                     boundary))
1793                         goto retry;
1794 #endif
1795         }
1796         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1797         if (m_ret == NULL)
1798                 return (NULL);
1799         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++)
1800                 vm_page_alloc_check(m);
1801
1802         /*
1803          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1804          */
1805         flags = 0;
1806         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1807                 flags = PG_ZERO;
1808         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1809                 flags |= PG_NODUMP;
1810         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1811             VPO_UNMANAGED : 0;
1812         busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1813         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1814                 busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1815         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1816                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1817         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1818                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, npages);
1819         if (object != NULL) {
1820                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1821                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
1822                         memattr = object->memattr;
1823         }
1824         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1825                 m->aflags = 0;
1826                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
1827                 m->busy_lock = busy_lock;
1828                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1829                         m->wire_count = 1;
1830                 m->act_count = 0;
1831                 m->oflags = oflags;
1832                 if (object != NULL) {
1833                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1834                                 pagedaemon_wakeup();
1835                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1836                                         atomic_subtract_int(
1837                                             &vm_cnt.v_wire_count, npages);
1838                                 KASSERT(m->object == NULL,
1839                                     ("page %p has object", m));
1840                                 mpred = m;
1841                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1842                                         if (m <= mpred &&
1843                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1844                                                 m->wire_count = 0;
1845                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1846                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1847                                         /* Don't change PG_ZERO. */
1848                                         vm_page_free_toq(m);
1849                                 }
1850                                 return (NULL);
1851                         }
1852                         mpred = m;
1853                 } else
1854                         m->pindex = pindex;
1855                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1856                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1857                 pindex++;
1858         }
1859         if (vm_paging_needed())
1860                 pagedaemon_wakeup();
1861         return (m_ret);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1866  */
1867 static void
1868 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
1869 {
1870
1871         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1872         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1873             ("page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1874         KASSERT(m->wire_count == 0, ("page %p is wired", m));
1875         KASSERT(m->hold_count == 0, ("page %p is held", m));
1876         KASSERT(!vm_page_busied(m), ("page %p is busy", m));
1877         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
1878         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1879             ("page %p has unexpected memattr %d",
1880             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1881         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
1882 }
1883
1884 /*
1885  *      vm_page_alloc_freelist:
1886  *
1887  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
1888  *
1889  *      The caller must always specify an allocation class.
1890  *
1891  *      allocation classes:
1892  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1893  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1894  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1895  *
1896  *      optional allocation flags:
1897  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1898  *                              intends to allocate
1899  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1900  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1901  *
1902  *      This routine may not sleep.
1903  */
1904 vm_page_t
1905 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1906 {
1907         vm_page_t m;
1908         u_int flags;
1909         int req_class;
1910
1911         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1912
1913         /*
1914          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1915          */
1916         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1917                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1918
1919         /*
1920          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1921          */
1922         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1923         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1924             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1925             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1926             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1927             vm_cnt.v_free_count > 0))
1928                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1929         else {
1930                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1931                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1932                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1933                 pagedaemon_wakeup();
1934                 return (NULL);
1935         }
1936         if (m == NULL) {
1937                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1938                 return (NULL);
1939         }
1940         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1941         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1942         vm_page_alloc_check(m);
1943
1944         /*
1945          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1946          */
1947         m->aflags = 0;
1948         flags = 0;
1949         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1950                 flags = PG_ZERO;
1951         m->flags &= flags;
1952         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1953                 /*
1954                  * The page lock is not required for wiring a page that does
1955                  * not belong to an object.
1956                  */
1957                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1958                 m->wire_count = 1;
1959         }
1960         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1961         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1962         if (vm_paging_needed())
1963                 pagedaemon_wakeup();
1964         return (m);
1965 }
1966
1967 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
1968 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
1969 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
1970
1971 /*
1972  *      vm_page_scan_contig:
1973  *
1974  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
1975  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
1976  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
1977  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
1978  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
1979  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
1980  *      multiple of "boundary".
1981  *
1982  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
1983  *      structure within vm_page_array[].
1984  *
1985  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
1986  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
1987  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
1988  */
1989 vm_page_t
1990 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
1991     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
1992 {
1993         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
1994         vm_object_t object;
1995         vm_paddr_t pa;
1996         vm_page_t m, m_run;
1997 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1998         int level;
1999 #endif
2000         int m_inc, order, run_ext, run_len;
2001
2002         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2003         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2004         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2005         m_run = NULL;
2006         run_len = 0;
2007         m_mtx = NULL;
2008         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
2009                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2010                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2011
2012                 /*
2013                  * If the current page would be the start of a run, check its
2014                  * physical address against the end, alignment, and boundary
2015                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
2016                  * terminate the scan or advance to the next page that
2017                  * satisfies the failed condition.
2018                  */
2019                 if (run_len == 0) {
2020                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
2021                         if (m + npages > m_end)
2022                                 break;
2023                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2024                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
2025                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
2026                                 continue;
2027                         }
2028                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
2029                             boundary) != 0) {
2030                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
2031                                 continue;
2032                         }
2033                 } else
2034                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
2035
2036                 /*
2037                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2038                  */
2039                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2040                 if (m_mtx != new_mtx) {
2041                         if (m_mtx != NULL)
2042                                 mtx_unlock(m_mtx);
2043                         m_mtx = new_mtx;
2044                         mtx_lock(m_mtx);
2045                 }
2046                 m_inc = 1;
2047 retry:
2048                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2049                         run_ext = 0;
2050 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2051                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2052                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2053                         run_ext = 0;
2054                         /* Advance to the end of the reservation. */
2055                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2056                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2057                             pa);
2058                 }
2059 #endif
2060                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2061                         /*
2062                          * The page is considered eligible for relocation if
2063                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2064                          * the page daemon.
2065                          */
2066                         if (!VM_OBJECT_TRYRLOCK(object)) {
2067                                 mtx_unlock(m_mtx);
2068                                 VM_OBJECT_RLOCK(object);
2069                                 mtx_lock(m_mtx);
2070                                 if (m->object != object) {
2071                                         /*
2072                                          * The page may have been freed.
2073                                          */
2074                                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2075                                         goto retry;
2076                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2077                                     m->hold_count != 0) {
2078                                         run_ext = 0;
2079                                         goto unlock;
2080                                 }
2081                         }
2082                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2083                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2084                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2085                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2086                             object->type != OBJT_SWAP &&
2087                             object->type != OBJT_VNODE) {
2088                                 run_ext = 0;
2089 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2090                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2091                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2092                                 run_ext = 0;
2093                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2094                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2095                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2096                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2097 #endif
2098                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2099                             m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2100                                 /*
2101                                  * The page is allocated but eligible for
2102                                  * relocation.  Extend the current run by one
2103                                  * page.
2104                                  */
2105                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2106                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2107                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2108                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2109                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2110                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2111                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2112                                 run_ext = 1;
2113                         } else
2114                                 run_ext = 0;
2115 unlock:
2116                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2117 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2118                 } else if (level >= 0) {
2119                         /*
2120                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2121                          * other words, it is still free.  Extend the current
2122                          * run by one page.
2123                          */
2124                         run_ext = 1;
2125 #endif
2126                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2127                         /*
2128                          * The page is enqueued in the physical memory
2129                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2130                          * first page in a power-of-two-sized run of
2131                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2132                          * of the current run, and jump ahead.
2133                          */
2134                         run_ext = 1 << order;
2135                         m_inc = 1 << order;
2136                 } else {
2137                         /*
2138                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2139                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2140                          * free page queues.  However, it is not the first
2141                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2142                          * rarely occurs because the scan is performed in
2143                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2144                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2145                          * the transition from allocated to free for managed
2146                          * pages is blocked by the page lock.) (3) It is
2147                          * allocated but not contained by an object and not
2148                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2149                          */
2150                         run_ext = 0;
2151                 }
2152
2153                 /*
2154                  * Extend or reset the current run of pages.
2155                  */
2156                 if (run_ext > 0) {
2157                         if (run_len == 0)
2158                                 m_run = m;
2159                         run_len += run_ext;
2160                 } else {
2161                         if (run_len > 0) {
2162                                 m_run = NULL;
2163                                 run_len = 0;
2164                         }
2165                 }
2166         }
2167         if (m_mtx != NULL)
2168                 mtx_unlock(m_mtx);
2169         if (run_len >= npages)
2170                 return (m_run);
2171         return (NULL);
2172 }
2173
2174 /*
2175  *      vm_page_reclaim_run:
2176  *
2177  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2178  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2179  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2180  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2181  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2182  *      physical address above "high".
2183  *
2184  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2185  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2186  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2187  *      unsuccessful.
2188  *
2189  *      "req_class" must be an allocation class.
2190  */
2191 static int
2192 vm_page_reclaim_run(int req_class, u_long npages, vm_page_t m_run,
2193     vm_paddr_t high)
2194 {
2195         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
2196         struct spglist free;
2197         vm_object_t object;
2198         vm_paddr_t pa;
2199         vm_page_t m, m_end, m_new;
2200         int error, order, req;
2201
2202         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2203             ("req_class is not an allocation class"));
2204         SLIST_INIT(&free);
2205         error = 0;
2206         m = m_run;
2207         m_end = m_run + npages;
2208         m_mtx = NULL;
2209         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2210                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2211                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2212
2213                 /*
2214                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2215                  */
2216                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2217                 if (m_mtx != new_mtx) {
2218                         if (m_mtx != NULL)
2219                                 mtx_unlock(m_mtx);
2220                         m_mtx = new_mtx;
2221                         mtx_lock(m_mtx);
2222                 }
2223 retry:
2224                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2225                         error = EBUSY;
2226                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2227                         /*
2228                          * The page is relocated if and only if it could be
2229                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2230                          */
2231                         if (!VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
2232                                 mtx_unlock(m_mtx);
2233                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2234                                 mtx_lock(m_mtx);
2235                                 if (m->object != object) {
2236                                         /*
2237                                          * The page may have been freed.
2238                                          */
2239                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2240                                         goto retry;
2241                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2242                                     m->hold_count != 0) {
2243                                         error = EBUSY;
2244                                         goto unlock;
2245                                 }
2246                         }
2247                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2248                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2249                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2250                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2251                             object->type != OBJT_SWAP &&
2252                             object->type != OBJT_VNODE)
2253                                 error = EINVAL;
2254                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2255                                 error = EINVAL;
2256                         else if (m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2257                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2258                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2259                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2260                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2261                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2262                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2263                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2264                                 if (m->valid != 0) {
2265                                         /*
2266                                          * First, try to allocate a new page
2267                                          * that is above "high".  Failing
2268                                          * that, try to allocate a new page
2269                                          * that is below "m_run".  Allocate
2270                                          * the new page between the end of
2271                                          * "m_run" and "high" only as a last
2272                                          * resort.
2273                                          */
2274                                         req = req_class | VM_ALLOC_NOOBJ;
2275                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2276                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2277                                         if (trunc_page(high) !=
2278                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2279                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2280                                                     NULL, 0, req, 1,
2281                                                     round_page(high),
2282                                                     ~(vm_paddr_t)0,
2283                                                     PAGE_SIZE, 0,
2284                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2285                                         } else
2286                                                 m_new = NULL;
2287                                         if (m_new == NULL) {
2288                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2289                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2290                                                     NULL, 0, req, 1,
2291                                                     0, pa - 1, PAGE_SIZE, 0,
2292                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2293                                         }
2294                                         if (m_new == NULL) {
2295                                                 pa += ptoa(npages);
2296                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2297                                                     NULL, 0, req, 1,
2298                                                     pa, high, PAGE_SIZE, 0,
2299                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2300                                         }
2301                                         if (m_new == NULL) {
2302                                                 error = ENOMEM;
2303                                                 goto unlock;
2304                                         }
2305                                         KASSERT(m_new->wire_count == 0,
2306                                             ("page %p is wired", m));
2307
2308                                         /*
2309                                          * Replace "m" with the new page.  For
2310                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2311                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2312                                          * as if vm_page_free() was called.
2313                                          */
2314                                         if (object->ref_count != 0)
2315                                                 pmap_remove_all(m);
2316                                         m_new->aflags = m->aflags;
2317                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2318                                             ("page %p is managed", m));
2319                                         m_new->oflags = m->oflags & VPO_NOSYNC;
2320                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2321                                         m_new->valid = m->valid;
2322                                         m_new->dirty = m->dirty;
2323                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2324                                         vm_page_xbusy(m);
2325                                         vm_page_remque(m);
2326                                         vm_page_replace_checked(m_new, object,
2327                                             m->pindex, m);
2328                                         m->valid = 0;
2329                                         vm_page_undirty(m);
2330
2331                                         /*
2332                                          * The new page must be deactivated
2333                                          * before the object is unlocked.
2334                                          */
2335                                         new_mtx = vm_page_lockptr(m_new);
2336                                         if (m_mtx != new_mtx) {
2337                                                 mtx_unlock(m_mtx);
2338                                                 m_mtx = new_mtx;
2339                                                 mtx_lock(m_mtx);
2340                                         }
2341                                         vm_page_deactivate(m_new);
2342                                 } else {
2343                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2344                                         vm_page_remque(m);
2345                                         vm_page_remove(m);
2346                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2347                                             ("page %p is dirty", m));
2348                                 }
2349                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m, plinks.s.ss);
2350                         } else
2351                                 error = EBUSY;
2352 unlock:
2353                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2354                 } else {
2355                         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2356                         order = m->order;
2357                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2358                                 /*
2359                                  * The page is enqueued in the physical memory
2360                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2361                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2362                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2363                                  * to the last page within that run, and
2364                                  * continue from there.
2365                                  */
2366                                 m += (1 << order) - 1;
2367                         }
2368 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2369                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2370                                 order = 0;
2371 #endif
2372                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2373                         if (order == VM_NFREEORDER)
2374                                 error = EINVAL;
2375                 }
2376         }
2377         if (m_mtx != NULL)
2378                 mtx_unlock(m_mtx);
2379         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2380                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2381                 do {
2382                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2383                         vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2384 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2385                         if (!vm_reserv_free_page(m))
2386 #else
2387                         if (true)
2388 #endif
2389                                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2390                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2391                 vm_page_free_wakeup();
2392                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2393         }
2394         return (error);
2395 }
2396
2397 #define NRUNS   16
2398
2399 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2400
2401 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2402
2403 #define MIN_RECLAIM     8
2404
2405 /*
2406  *      vm_page_reclaim_contig:
2407  *
2408  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2409  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2410  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2411  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2412  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2413  *      are expected to perform VM_WAIT before retrying a failed allocation
2414  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2415  *
2416  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2417  *
2418  *      allocation classes:
2419  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2420  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2421  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2422  *
2423  *      The optional allocation flags are ignored.
2424  *
2425  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2426  *      must be a power of two.
2427  */
2428 bool
2429 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2430     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2431 {
2432         vm_paddr_t curr_low;
2433         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
2434         u_long count, reclaimed;
2435         int error, i, options, req_class;
2436
2437         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2438         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2439         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2440         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2441
2442         /*
2443          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
2444          */
2445         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2446                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2447
2448         /*
2449          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
2450          * allocation.
2451          */
2452         count = vm_cnt.v_free_count;
2453         if (count < npages + vm_cnt.v_free_reserved || (count < npages +
2454             vm_cnt.v_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
2455             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
2456                 return (false);
2457
2458         /*
2459          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
2460          * the reclamation of reservations and superpages each time.
2461          */
2462         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
2463                 /*
2464                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
2465                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
2466                  */
2467                 curr_low = low;
2468                 count = 0;
2469                 for (;;) {
2470                         m_run = vm_phys_scan_contig(npages, curr_low, high,
2471                             alignment, boundary, options);
2472                         if (m_run == NULL)
2473                                 break;
2474                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
2475                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
2476                         count++;
2477                 }
2478
2479                 /*
2480                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
2481                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
2482                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
2483                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
2484                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
2485                  */
2486                 reclaimed = 0;
2487                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
2488                         count--;
2489                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
2490                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, npages, m_run,
2491                             high);
2492                         if (error == 0) {
2493                                 reclaimed += npages;
2494                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
2495                                         return (true);
2496                         }
2497                 }
2498
2499                 /*
2500                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
2501                  * the last scan had no restrictions.
2502                  */
2503                 if (options == VPSC_NORESERV)
2504                         options = VPSC_NOSUPER;
2505                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
2506                         options = VPSC_ANY;
2507                 else if (options == VPSC_ANY)
2508                         return (reclaimed != 0);
2509         }
2510 }
2511
2512 /*
2513  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
2514  *
2515  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2516  *      - Called in various places before memory allocations.
2517  */
2518 void
2519 vm_wait(void)
2520 {
2521
2522         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2523         if (curproc == pageproc) {
2524                 vm_pageout_pages_needed = 1;
2525                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
2526                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
2527         } else {
2528                 if (__predict_false(pageproc == NULL))
2529                         panic("vm_wait in early boot");
2530                 if (!vm_pageout_wanted) {
2531                         vm_pageout_wanted = true;
2532                         wakeup(&vm_pageout_wanted);
2533                 }
2534                 vm_pages_needed = true;
2535                 msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
2536                     "vmwait", 0);
2537         }
2538 }
2539
2540 /*
2541  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
2542  *
2543  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2544  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
2545  *        can be easily tracked.
2546  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
2547  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
2548  *        this balance without careful testing first.
2549  */
2550 void
2551 vm_waitpfault(void)
2552 {
2553
2554         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2555         if (!vm_pageout_wanted) {
2556                 vm_pageout_wanted = true;
2557                 wakeup(&vm_pageout_wanted);
2558         }
2559         vm_pages_needed = true;
2560         msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
2561             "pfault", 0);
2562 }
2563
2564 struct vm_pagequeue *
2565 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
2566 {
2567
2568         if (vm_page_in_laundry(m))
2569                 return (&vm_dom[0].vmd_pagequeues[m->queue]);
2570         else
2571                 return (&vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[m->queue]);
2572 }
2573
2574 /*
2575  *      vm_page_dequeue:
2576  *
2577  *      Remove the given page from its current page queue.
2578  *
2579  *      The page must be locked.
2580  */
2581 void
2582 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
2583 {
2584         struct vm_pagequeue *pq;
2585
2586         vm_page_assert_locked(m);
2587         KASSERT(m->queue < PQ_COUNT, ("vm_page_dequeue: page %p is not queued",
2588             m));
2589         pq = vm_page_pagequeue(m);
2590         vm_pagequeue_lock(pq);
2591         m->queue = PQ_NONE;
2592         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2593         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2594         vm_pagequeue_unlock(pq);
2595 }
2596
2597 /*
2598  *      vm_page_dequeue_locked:
2599  *
2600  *      Remove the given page from its current page queue.
2601  *
2602  *      The page and page queue must be locked.
2603  */
2604 void
2605 vm_page_dequeue_locked(vm_page_t m)
2606 {
2607         struct vm_pagequeue *pq;
2608
2609         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2610         pq = vm_page_pagequeue(m);
2611         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2612         m->queue = PQ_NONE;
2613         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2614         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2615 }
2616
2617 /*
2618  *      vm_page_enqueue:
2619  *
2620  *      Add the given page to the specified page queue.
2621  *
2622  *      The page must be locked.
2623  */
2624 static void
2625 vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m)
2626 {
2627         struct vm_pagequeue *pq;
2628
2629         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2630         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
2631             ("vm_page_enqueue: invalid queue %u request for page %p",
2632             queue, m));
2633         if (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE)
2634                 pq = &vm_dom[0].vmd_pagequeues[queue];
2635         else
2636                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
2637         vm_pagequeue_lock(pq);
2638         m->queue = queue;
2639         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2640         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2641         vm_pagequeue_unlock(pq);
2642 }
2643
2644 /*
2645  *      vm_page_requeue:
2646  *
2647  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2648  *
2649  *      The page must be locked.
2650  */
2651 void
2652 vm_page_requeue(vm_page_t m)
2653 {
2654         struct vm_pagequeue *pq;
2655
2656         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2657         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2658             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
2659         pq = vm_page_pagequeue(m);
2660         vm_pagequeue_lock(pq);
2661         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2662         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2663         vm_pagequeue_unlock(pq);
2664 }
2665
2666 /*
2667  *      vm_page_requeue_locked:
2668  *
2669  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2670  *
2671  *      The page queue must be locked.
2672  */
2673 void
2674 vm_page_requeue_locked(vm_page_t m)
2675 {
2676         struct vm_pagequeue *pq;
2677
2678         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2679             ("vm_page_requeue_locked: page %p is not queued", m));
2680         pq = vm_page_pagequeue(m);
2681         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2682         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2683         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2684 }
2685
2686 /*
2687  *      vm_page_activate:
2688  *
2689  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
2690  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
2691  *      mess with it.
2692  *
2693  *      The page must be locked.
2694  */
2695 void
2696 vm_page_activate(vm_page_t m)
2697 {
2698         int queue;
2699
2700         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2701         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
2702                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2703                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2704                                 m->act_count = ACT_INIT;
2705                         if (queue != PQ_NONE)
2706                                 vm_page_dequeue(m);
2707                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
2708                 } else
2709                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2710                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
2711         } else {
2712                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2713                         m->act_count = ACT_INIT;
2714         }
2715 }
2716
2717 /*
2718  *      vm_page_free_wakeup:
2719  *
2720  *      Helper routine for vm_page_free_toq().  This routine is called
2721  *      when a page is added to the free queues.
2722  *
2723  *      The page queues must be locked.
2724  */
2725 static inline void
2726 vm_page_free_wakeup(void)
2727 {
2728
2729         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
2730         /*
2731          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
2732          * some free.
2733          */
2734         if (vm_pageout_pages_needed &&
2735             vm_cnt.v_free_count >= vm_cnt.v_pageout_free_min) {
2736                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2737                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2738         }
2739         /*
2740          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
2741          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
2742          * lots of memory. this process will swapin processes.
2743          */
2744         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
2745                 vm_pages_needed = false;
2746                 wakeup(&vm_cnt.v_free_count);
2747         }
2748 }
2749
2750 /*
2751  *      vm_page_free_toq:
2752  *
2753  *      Returns the given page to the free list,
2754  *      disassociating it with any VM object.
2755  *
2756  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
2757  */
2758 void
2759 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2760 {
2761
2762         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2763                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2764                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2765                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
2766         } else
2767                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
2768                     ("vm_page_free_toq: unmanaged page %p is queued", m));
2769         VM_CNT_INC(v_tfree);
2770
2771         if (vm_page_sbusied(m))
2772                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
2773
2774         /*
2775          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
2776          * the page here because we do not want to call the pager's
2777          * callback routine until after we've put the page on the
2778          * appropriate free queue.
2779          */
2780         vm_page_remque(m);
2781         vm_page_remove(m);
2782
2783         /*
2784          * If fictitious remove object association and
2785          * return, otherwise delay object association removal.
2786          */
2787         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2788                 return;
2789         }
2790
2791         m->valid = 0;
2792         vm_page_undirty(m);
2793
2794         if (m->wire_count != 0)
2795                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
2796         if (m->hold_count != 0) {
2797                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2798                 KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2799                     ("vm_page_free: freeing PG_UNHOLDFREE page %p", m));
2800                 m->flags |= PG_UNHOLDFREE;
2801         } else {
2802                 /*
2803                  * Restore the default memory attribute to the page.
2804                  */
2805                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2806                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2807
2808                 /*
2809                  * Insert the page into the physical memory allocator's free
2810                  * page queues.
2811                  */
2812                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2813                 vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2814 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2815                 if (!vm_reserv_free_page(m))
2816 #else
2817                 if (TRUE)
2818 #endif
2819                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2820                 vm_page_free_wakeup();
2821                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2822         }
2823 }
2824
2825 /*
2826  *      vm_page_wire:
2827  *
2828  *      Mark this page as wired down by yet
2829  *      another map, removing it from paging queues
2830  *      as necessary.
2831  *
2832  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
2833  *
2834  *      The page must be locked.
2835  */
2836 void
2837 vm_page_wire(vm_page_t m)
2838 {
2839
2840         /*
2841          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2842          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2843          * it is already off the queues).
2844          */
2845         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2846         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2847                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2848                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
2849                     m));
2850                 return;
2851         }
2852         if (m->wire_count == 0) {
2853                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 ||
2854                     m->queue == PQ_NONE,
2855                     ("vm_page_wire: unmanaged page %p is queued", m));
2856                 vm_page_remque(m);
2857                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2858         }
2859         m->wire_count++;
2860         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2861 }
2862
2863 /*
2864  * vm_page_unwire:
2865  *
2866  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
2867  * paged out.  Returns TRUE if the number of wirings transitions to zero and
2868  * FALSE otherwise.
2869  *
2870  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
2871  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
2872  * the page is added to the specified paging queue (unless PQ_NONE is
2873  * specified).
2874  *
2875  * If a page is fictitious, then its wire count must always be one.
2876  *
2877  * A managed page must be locked.
2878  */
2879 boolean_t
2880 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue)
2881 {
2882
2883         KASSERT(queue < PQ_COUNT || queue == PQ_NONE,
2884             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p",
2885             queue, m));
2886         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2887                 vm_page_assert_locked(m);
2888         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2889                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2890             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2891                 return (FALSE);
2892         }
2893         if (m->wire_count > 0) {
2894                 m->wire_count--;
2895                 if (m->wire_count == 0) {
2896                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2897                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
2898                             m->object != NULL && queue != PQ_NONE)
2899                                 vm_page_enqueue(queue, m);
2900                         return (TRUE);
2901                 } else
2902                         return (FALSE);
2903         } else
2904                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Move the specified page to the inactive queue.
2909  *
2910  * Normally, "noreuse" is FALSE, resulting in LRU ordering of the inactive
2911  * queue.  However, setting "noreuse" to TRUE will accelerate the specified
2912  * page's reclamation, but it will not unmap the page from any address space.
2913  * This is implemented by inserting the page near the head of the inactive
2914  * queue, using a marker page to guide FIFO insertion ordering.
2915  *
2916  * The page must be locked.
2917  */
2918 static inline void
2919 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, boolean_t noreuse)
2920 {
2921         struct vm_pagequeue *pq;
2922         int queue;
2923
2924         vm_page_assert_locked(m);
2925
2926         /*
2927          * Ignore if the page is already inactive, unless it is unlikely to be
2928          * reactivated.
2929          */
2930         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE && !noreuse)
2931                 return;
2932         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2933                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE];
2934                 /* Avoid multiple acquisitions of the inactive queue lock. */
2935                 if (queue == PQ_INACTIVE) {
2936                         vm_pagequeue_lock(pq);
2937                         vm_page_dequeue_locked(m);
2938                 } else {
2939                         if (queue != PQ_NONE)
2940                                 vm_page_dequeue(m);
2941                         vm_pagequeue_lock(pq);
2942                 }
2943                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2944                 if (noreuse)
2945                         TAILQ_INSERT_BEFORE(&vm_phys_domain(m)->vmd_inacthead,
2946                             m, plinks.q);
2947                 else
2948                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2949                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2950                 vm_pagequeue_unlock(pq);
2951         }
2952 }
2953
2954 /*
2955  * Move the specified page to the inactive queue.
2956  *
2957  * The page must be locked.
2958  */
2959 void
2960 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2961 {
2962
2963         _vm_page_deactivate(m, FALSE);
2964 }
2965
2966 /*
2967  * Move the specified page to the inactive queue with the expectation
2968  * that it is unlikely to be reused.
2969  *
2970  * The page must be locked.
2971  */
2972 void
2973 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
2974 {
2975
2976         _vm_page_deactivate(m, TRUE);
2977 }
2978
2979 /*
2980  * vm_page_launder
2981  *
2982  *      Put a page in the laundry.
2983  */
2984 void
2985 vm_page_launder(vm_page_t m)
2986 {
2987         int queue;
2988
2989         vm_page_assert_locked(m);
2990         if ((queue = m->queue) != PQ_LAUNDRY) {
2991                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2992                         if (queue != PQ_NONE)
2993                                 vm_page_dequeue(m);
2994                         vm_page_enqueue(PQ_LAUNDRY, m);
2995                 } else
2996                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2997                             ("wired page %p is queued", m));
2998         }
2999 }
3000
3001 /*
3002  * vm_page_unswappable
3003  *
3004  *      Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
3005  */
3006 void
3007 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
3008 {
3009
3010         vm_page_assert_locked(m);
3011         KASSERT(m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3012             ("page %p already unswappable", m));
3013         if (m->queue != PQ_NONE)
3014                 vm_page_dequeue(m);
3015         vm_page_enqueue(PQ_UNSWAPPABLE, m);
3016 }
3017
3018 /*
3019  * vm_page_try_to_free()
3020  *
3021  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
3022  *      1 is returned on success, 0 on failure.
3023  */
3024 int
3025 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
3026 {
3027
3028         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
3029         if (m->object != NULL)
3030                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3031         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
3032             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_busied(m))
3033                 return (0);
3034         pmap_remove_all(m);
3035         if (m->dirty)
3036                 return (0);
3037         vm_page_free(m);
3038         return (1);
3039 }
3040
3041 /*
3042  * vm_page_advise
3043  *
3044  *      Apply the specified advice to the given page.
3045  *
3046  *      The object and page must be locked.
3047  */
3048 void
3049 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
3050 {
3051
3052         vm_page_assert_locked(m);
3053         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3054         if (advice == MADV_FREE)
3055                 /*
3056                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
3057                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
3058                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
3059                  * would result in a page fault on a later access.
3060                  */
3061                 vm_page_undirty(m);
3062         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
3063                 if (advice == MADV_WILLNEED)
3064                         vm_page_activate(m);
3065                 return;
3066         }
3067
3068         /*
3069          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
3070          * immediately reactivate the page.
3071          */
3072         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
3073
3074         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
3075                 vm_page_dirty(m);
3076
3077         /*
3078          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
3079          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
3080          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
3081          * laundry are moved there.
3082          */
3083         if (m->dirty == 0)
3084                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
3085         else
3086                 vm_page_launder(m);
3087 }
3088
3089 /*
3090  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
3091  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
3092  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
3093  * and then conditionally zero it.
3094  *
3095  * This routine may sleep.
3096  *
3097  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
3098  * and reacquired if the routine sleeps.
3099  */
3100 vm_page_t
3101 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3102 {
3103         vm_page_t m;
3104         int sleep;
3105
3106         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3107         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
3108             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
3109             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
3110 retrylookup:
3111         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
3112                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
3113                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
3114                 if (sleep) {
3115                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3116                                 return (NULL);
3117                         /*
3118                          * Reference the page before unlocking and
3119                          * sleeping so that the page daemon is less
3120                          * likely to reclaim it.
3121                          */
3122                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3123                         vm_page_lock(m);
3124                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3125                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
3126                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
3127                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3128                         goto retrylookup;
3129                 } else {
3130                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
3131                                 vm_page_lock(m);
3132                                 vm_page_wire(m);
3133                                 vm_page_unlock(m);
3134                         }
3135                         if ((allocflags &
3136                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
3137                                 vm_page_xbusy(m);
3138                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
3139                                 vm_page_sbusy(m);
3140                         return (m);
3141                 }
3142         }
3143         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags);
3144         if (m == NULL) {
3145                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3146                         return (NULL);
3147                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3148                 VM_WAIT;
3149                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
3150                 goto retrylookup;
3151         }
3152         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
3153                 pmap_zero_page(m);
3154         return (m);
3155 }
3156
3157 /*
3158  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
3159  *
3160  * Inputs are required to range within a page.
3161  */
3162 vm_page_bits_t
3163 vm_page_bits(int base, int size)
3164 {
3165         int first_bit;
3166         int last_bit;
3167
3168         KASSERT(
3169             base + size <= PAGE_SIZE,
3170             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3171         );
3172
3173         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3174                 return (0);
3175
3176         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3177         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3178
3179         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
3180             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
3181 }
3182
3183 /*
3184  *      vm_page_set_valid_range:
3185  *
3186  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
3187  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3188  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3189  *      such chunks will be zeroed.
3190  *
3191  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3192  */
3193 void
3194 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
3195 {
3196         int endoff, frag;
3197
3198         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3199         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3200                 return;
3201
3202         /*
3203          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3204          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3205          * first block.
3206          */
3207         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3208             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3209                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3210
3211         /*
3212          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3213          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3214          * the last block.
3215          */
3216         endoff = base + size;
3217         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3218             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3219                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3220                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3221
3222         /*
3223          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
3224          * is already dirty.
3225          */
3226         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
3227             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
3228
3229         /*
3230          * Set valid bits inclusive of any overlap.
3231          */
3232         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
3237  */
3238 static __inline void
3239 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
3240 {
3241         uintptr_t addr;
3242 #if PAGE_SIZE < 16384
3243         int shift;
3244 #endif
3245
3246         /*
3247          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
3248          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
3249          * set by a concurrent pmap operation.
3250          */
3251         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3252         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
3253                 m->dirty &= ~pagebits;
3254         else {
3255                 /*
3256                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
3257                  * holding a distinguished lock.  The combination of
3258                  * the object's lock and an atomic operation suffice
3259                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
3260                  *
3261                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
3262                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
3263                  * alignment is needed. Only require existence of
3264                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
3265                  */
3266                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
3267 #if PAGE_SIZE == 32768
3268                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
3269 #elif PAGE_SIZE == 16384
3270                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
3271 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
3272                 /*
3273                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
3274                  * containing aligned word, to not depend on the existence
3275                  * of atomic_clear_{8, 16}.
3276                  */
3277                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
3278 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
3279                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
3280 #else
3281                 shift *= NBBY;
3282 #endif
3283                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
3284                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
3285 #endif          /* PAGE_SIZE */
3286         }
3287 }
3288
3289 /*
3290  *      vm_page_set_validclean:
3291  *
3292  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3293  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3294  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3295  *      such chunks will be zero'd.
3296  *
3297  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3298  */
3299 void
3300 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3301 {
3302         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
3303         int endoff, frag;
3304
3305         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3306         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3307                 return;
3308
3309         /*
3310          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3311          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3312          * first block.
3313          */
3314         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3315             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3316                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3317
3318         /*
3319          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3320          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3321          * the last block.
3322          */
3323         endoff = base + size;
3324         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3325             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3326                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3327                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3328
3329         /*
3330          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3331          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3332          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
3333          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3334          * be set again.
3335          *
3336          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3337          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3338          * the range.
3339          */
3340         oldvalid = m->valid;
3341         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3342         m->valid |= pagebits;
3343 #if 0   /* NOT YET */
3344         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
3345                 frag = DEV_BSIZE - frag;
3346                 base += frag;
3347                 size -= frag;
3348                 if (size < 0)
3349                         size = 0;
3350         }
3351         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
3352 #endif
3353         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3354                 /*
3355                  * The page can only be modified within the pmap if it is
3356                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
3357                  * fully valid.
3358                  */
3359                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
3360                         /*
3361                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
3362                          * a concurrent pmap operation, such as
3363                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
3364                          * pmap and set the dirty field on the page before
3365                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
3366                          * field was cleared here.
3367                          */
3368                         pmap_clear_modify(m);
3369                 m->dirty = 0;
3370                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
3371         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3372                 m->dirty &= ~pagebits;
3373         else
3374                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
3375 }
3376
3377 void
3378 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3379 {
3380
3381         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
3382 }
3383
3384 /*
3385  *      vm_page_set_invalid:
3386  *
3387  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3388  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3389  */
3390 void
3391 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3392 {
3393         vm_page_bits_t bits;
3394         vm_object_t object;
3395
3396         object = m->object;
3397         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3398         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
3399             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
3400                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
3401         else
3402                 bits = vm_page_bits(base, size);
3403         if (object->ref_count != 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL &&
3404             bits != 0)
3405                 pmap_remove_all(m);
3406         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
3407             !pmap_page_is_mapped(m),
3408             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
3409         m->valid &= ~bits;
3410         m->dirty &= ~bits;
3411 }
3412
3413 /*
3414  * vm_page_zero_invalid()
3415  *
3416  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
3417  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3418  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3419  *      page so user code sees what it expects.
3420  *
3421  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
3422  *      into memory and the file's size is not page aligned.
3423  */
3424 void
3425 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3426 {
3427         int b;
3428         int i;
3429
3430         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3431         /*
3432          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3433          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3434          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
3435          * vm_page_set_validclean().
3436          */
3437         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3438                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
3439                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
3440                         if (i > b) {
3441                                 pmap_zero_page_area(m,
3442                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
3443                         }
3444                         b = i + 1;
3445                 }
3446         }
3447
3448         /*
3449          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3450          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
3451          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3452          */
3453         if (setvalid)
3454                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3455 }
3456
3457 /*
3458  *      vm_page_is_valid:
3459  *
3460  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3461  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
3462  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
3463  */
3464 int
3465 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3466 {
3467         vm_page_bits_t bits;
3468
3469         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3470         bits = vm_page_bits(base, size);
3471         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
3472 }
3473
3474 /*
3475  *      vm_page_ps_is_valid:
3476  *
3477  *      Returns TRUE if the entire (super)page is valid and FALSE otherwise.
3478  */
3479 boolean_t
3480 vm_page_ps_is_valid(vm_page_t m)
3481 {
3482         int i, npages;
3483
3484         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3485         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
3486
3487         /*
3488          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
3489          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
3490          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
3491          */
3492         for (i = 0; i < npages; i++) {
3493                 if (m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3494                         return (FALSE);
3495         }
3496         return (TRUE);
3497 }
3498
3499 /*
3500  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
3501  */
3502 void
3503 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3504 {
3505
3506         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3507         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
3508                 vm_page_dirty(m);
3509 }
3510
3511 void
3512 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3513 {
3514
3515         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3516 }
3517
3518 void
3519 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3520 {
3521
3522         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3523 }
3524
3525 int
3526 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3527 {
3528
3529         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
3530 }
3531
3532 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
3533 void
3534 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3535 {
3536
3537         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
3538 }
3539
3540 void
3541 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
3542 {
3543
3544         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
3545 }
3546 #endif
3547
3548 #ifdef INVARIANTS
3549 void
3550 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
3551 {
3552
3553         /*
3554          * Certain of the page's fields may only be modified by the
3555          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
3556          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
3557          * not recorded, and thus cannot be checked here.
3558          */
3559         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
3560                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3561 }
3562
3563 void
3564 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits)
3565 {
3566
3567         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
3568                 return;
3569
3570         /*
3571          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
3572          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
3573          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
3574          */
3575         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3576             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
3577         if (!vm_page_xbusied(m))
3578                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3579 }
3580 #endif
3581
3582 #include "opt_ddb.h"
3583 #ifdef DDB
3584 #include <sys/kernel.h>
3585
3586 #include <ddb/ddb.h>
3587
3588 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3589 {
3590
3591         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3592         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_cnt.v_inactive_count);
3593         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_cnt.v_active_count);
3594         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_cnt.v_laundry_count);
3595         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_cnt.v_wire_count);
3596         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
3597         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
3598         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
3599         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
3600 }
3601
3602 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3603 {
3604         int dom;
3605
3606         db_printf("pq_free %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3607         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
3608                 db_printf(
3609     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
3610                     dom,
3611                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
3612                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
3613                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
3614                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
3615                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
3616                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
3617         }
3618 }
3619
3620 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
3621 {
3622         vm_page_t m;
3623         boolean_t phys;
3624
3625         if (!have_addr) {
3626                 db_printf("show pginfo addr\n");
3627                 return;
3628         }
3629
3630         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
3631         if (phys)
3632                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
3633         else
3634                 m = (vm_page_t)addr;
3635         db_printf(
3636     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
3637     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
3638             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
3639             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
3640             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
3641 }
3642 #endif /* DDB */