]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
MFhead@r312217
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
19  *    without specific prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
31  * SUCH DAMAGE.
32  *
33  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
34  */
35
36 /*-
37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
38  * All rights reserved.
39  *
40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  */
62
63 /*
64  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
65  *
66  *      - A 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.
425  *
426  *      Allocates memory for the page cells, and
427  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
428  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
429  */
430 vm_offset_t
431 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
432 {
433         vm_offset_t mapped;
434         vm_paddr_t page_range;
435         vm_paddr_t new_end;
436         int i;
437         vm_paddr_t pa;
438         vm_paddr_t last_pa;
439         char *list, *listend;
440         vm_paddr_t end;
441         vm_paddr_t biggestsize;
442         vm_paddr_t low_water, high_water;
443         int biggestone;
444         int pages_per_zone;
445
446         biggestsize = 0;
447         biggestone = 0;
448         vaddr = round_page(vaddr);
449
450         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
451                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
452                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
453         }
454
455         low_water = phys_avail[0];
456         high_water = phys_avail[1];
457
458         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
459                 if (vm_phys_segs[i].start < low_water)
460                         low_water = vm_phys_segs[i].start;
461                 if (vm_phys_segs[i].end > high_water)
462                         high_water = vm_phys_segs[i].end;
463         }
464         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
465                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
466
467                 if (size > biggestsize) {
468                         biggestone = i;
469                         biggestsize = size;
470                 }
471                 if (phys_avail[i] < low_water)
472                         low_water = phys_avail[i];
473                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
474                         high_water = phys_avail[i + 1];
475         }
476
477         end = phys_avail[biggestone+1];
478
479         /*
480          * Initialize the page and queue locks.
481          */
482         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
483         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
484                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
485         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
486                 vm_page_domain_init(&vm_dom[i]);
487
488         /*
489          * Almost all of the pages needed for boot strapping UMA are used
490          * for zone structures, so if the number of CPUs results in those
491          * structures taking more than one page each, we set aside more pages
492          * in proportion to the zone structure size.
493          */
494         pages_per_zone = howmany(sizeof(struct uma_zone) +
495             sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1), UMA_SLAB_SIZE);
496         if (pages_per_zone > 1) {
497                 /* Reserve more pages so that we don't run out. */
498                 boot_pages = UMA_BOOT_PAGES_ZONES * pages_per_zone;
499         }
500
501         /*
502          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
503          * allocator.
504          *
505          * CTFLAG_RDTUN doesn't work during the early boot process, so we must
506          * manually fetch the value.
507          */
508         TUNABLE_INT_FETCH("vm.boot_pages", &boot_pages);
509         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
510         new_end = trunc_page(new_end);
511         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
512             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
513         bzero((void *)mapped, end - new_end);
514         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
515
516 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__arm__) || \
517     defined(__i386__) || defined(__mips__)
518         /*
519          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
520          * needs to be included in a minidump.
521          *
522          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
523          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
524          *
525          * However, i386 still needs this workspace internally within the
526          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
527          * included should the sf_buf code decide to use them.
528          */
529         last_pa = 0;
530         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
531                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
532                         last_pa = dump_avail[i + 1];
533         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
534         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
535         new_end -= vm_page_dump_size;
536         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
537             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
538         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
539 #endif
540 #ifdef __amd64__
541         /*
542          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
543          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
544          * through the direct map, they are not automatically included.
545          */
546         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
547         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
548         while (pa < last_pa) {
549                 dump_add_page(pa);
550                 pa += PAGE_SIZE;
551         }
552 #endif
553         /*
554          * Compute the number of pages of memory that will be available for
555          * use (taking into account the overhead of a page structure per
556          * page).
557          */
558         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
559 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
560         page_range = 0;
561         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
562                 page_range += atop(vm_phys_segs[i].end -
563                     vm_phys_segs[i].start);
564         }
565         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
566                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
567 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
568         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
569 #else
570 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
571 #endif
572         end = new_end;
573
574         /*
575          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
576          */
577         vaddr += PAGE_SIZE;
578
579         /*
580          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
581          * queue.
582          */
583         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
584         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
585             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
586         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
587 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
588         /*
589          * Allocate memory for the reservation management system's data
590          * structures.
591          */
592         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_water);
593 #endif
594 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
595         /*
596          * pmap_map on arm64, amd64, and mips can come out of the direct-map,
597          * not kvm like i386, so the pages must be tracked for a crashdump to
598          * include this data.  This includes the vm_page_array and the early
599          * UMA bootstrap pages.
600          */
601         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
602                 dump_add_page(pa);
603 #endif
604         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
605
606         /*
607          * Add physical memory segments corresponding to the available
608          * physical pages.
609          */
610         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
611                 vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
612
613         /*
614          * Clear all of the page structures
615          */
616         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
617         for (i = 0; i < page_range; i++)
618                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
619         vm_page_array_size = page_range;
620
621         /*
622          * Initialize the physical memory allocator.
623          */
624         vm_phys_init();
625
626         /*
627          * Add every available physical page that is not blacklisted to
628          * the free lists.
629          */
630         vm_cnt.v_page_count = 0;
631         vm_cnt.v_free_count = 0;
632         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
633                 pa = phys_avail[i];
634                 last_pa = phys_avail[i + 1];
635                 while (pa < last_pa) {
636                         vm_phys_add_page(pa);
637                         pa += PAGE_SIZE;
638                 }
639         }
640
641         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
642         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
643         vm_page_blacklist_check(list, listend);
644
645         list = kern_getenv("vm.blacklist");
646         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
647
648         freeenv(list);
649 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
650         /*
651          * Initialize the reservation management system.
652          */
653         vm_reserv_init();
654 #endif
655         return (vaddr);
656 }
657
658 void
659 vm_page_reference(vm_page_t m)
660 {
661
662         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
663 }
664
665 /*
666  *      vm_page_busy_downgrade:
667  *
668  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
669  */
670 void
671 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
672 {
673         u_int x;
674         bool locked;
675
676         vm_page_assert_xbusied(m);
677         locked = mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
678
679         for (;;) {
680                 x = m->busy_lock;
681                 x &= VPB_BIT_WAITERS;
682                 if (x != 0 && !locked)
683                         vm_page_lock(m);
684                 if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock,
685                     VPB_SINGLE_EXCLUSIVER | x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
686                         break;
687                 if (x != 0 && !locked)
688                         vm_page_unlock(m);
689         }
690         if (x != 0) {
691                 wakeup(m);
692                 if (!locked)
693                         vm_page_unlock(m);
694         }
695 }
696
697 /*
698  *      vm_page_sbusied:
699  *
700  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
701  */
702 int
703 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
704 {
705         u_int x;
706
707         x = m->busy_lock;
708         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
709 }
710
711 /*
712  *      vm_page_sunbusy:
713  *
714  *      Shared unbusy a page.
715  */
716 void
717 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
718 {
719         u_int x;
720
721         vm_page_assert_sbusied(m);
722
723         for (;;) {
724                 x = m->busy_lock;
725                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
726                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
727                             x - VPB_ONE_SHARER))
728                                 break;
729                         continue;
730                 }
731                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0) {
732                         KASSERT(x == VPB_SHARERS_WORD(1),
733                             ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
734                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock,
735                             VPB_SHARERS_WORD(1), VPB_UNBUSIED))
736                                 break;
737                         continue;
738                 }
739                 KASSERT(x == (VPB_SHARERS_WORD(1) | VPB_BIT_WAITERS),
740                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state for waiters"));
741
742                 vm_page_lock(m);
743                 if (!atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, VPB_UNBUSIED)) {
744                         vm_page_unlock(m);
745                         continue;
746                 }
747                 wakeup(m);
748                 vm_page_unlock(m);
749                 break;
750         }
751 }
752
753 /*
754  *      vm_page_busy_sleep:
755  *
756  *      Sleep and release the page lock, using the page pointer as wchan.
757  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
758  *
759  *      The given page must be locked.
760  *
761  *      If nonshared is true, sleep only if the page is xbusy.
762  */
763 void
764 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, bool nonshared)
765 {
766         u_int x;
767
768         vm_page_assert_locked(m);
769
770         x = m->busy_lock;
771         if (x == VPB_UNBUSIED || (nonshared && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
772             ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
773             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS))) {
774                 vm_page_unlock(m);
775                 return;
776         }
777         msleep(m, vm_page_lockptr(m), PVM | PDROP, wmesg, 0);
778 }
779
780 /*
781  *      vm_page_trysbusy:
782  *
783  *      Try to shared busy a page.
784  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
785  *      The operation never sleeps.
786  */
787 int
788 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
789 {
790         u_int x;
791
792         for (;;) {
793                 x = m->busy_lock;
794                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
795                         return (0);
796                 if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, x, x + VPB_ONE_SHARER))
797                         return (1);
798         }
799 }
800
801 static void
802 vm_page_xunbusy_locked(vm_page_t m)
803 {
804
805         vm_page_assert_xbusied(m);
806         vm_page_assert_locked(m);
807
808         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
809         /* There is a waiter, do wakeup() instead of vm_page_flash(). */
810         wakeup(m);
811 }
812
813 void
814 vm_page_xunbusy_maybelocked(vm_page_t m)
815 {
816         bool lockacq;
817
818         vm_page_assert_xbusied(m);
819
820         /*
821          * Fast path for unbusy.  If it succeeds, we know that there
822          * are no waiters, so we do not need a wakeup.
823          */
824         if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock, VPB_SINGLE_EXCLUSIVER,
825             VPB_UNBUSIED))
826                 return;
827
828         lockacq = !mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
829         if (lockacq)
830                 vm_page_lock(m);
831         vm_page_xunbusy_locked(m);
832         if (lockacq)
833                 vm_page_unlock(m);
834 }
835
836 /*
837  *      vm_page_xunbusy_hard:
838  *
839  *      Called after the first try the exclusive unbusy of a page failed.
840  *      It is assumed that the waiters bit is on.
841  */
842 void
843 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
844 {
845
846         vm_page_assert_xbusied(m);
847
848         vm_page_lock(m);
849         vm_page_xunbusy_locked(m);
850         vm_page_unlock(m);
851 }
852
853 /*
854  *      vm_page_flash:
855  *
856  *      Wakeup anyone waiting for the page.
857  *      The ownership bits do not change.
858  *
859  *      The given page must be locked.
860  */
861 void
862 vm_page_flash(vm_page_t m)
863 {
864         u_int x;
865
866         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
867
868         for (;;) {
869                 x = m->busy_lock;
870                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
871                         return;
872                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
873                     x & (~VPB_BIT_WAITERS)))
874                         break;
875         }
876         wakeup(m);
877 }
878
879 /*
880  * Keep page from being freed by the page daemon
881  * much of the same effect as wiring, except much lower
882  * overhead and should be used only for *very* temporary
883  * holding ("wiring").
884  */
885 void
886 vm_page_hold(vm_page_t mem)
887 {
888
889         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
890         mem->hold_count++;
891 }
892
893 void
894 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
895 {
896
897         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
898         KASSERT(mem->hold_count >= 1, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
899         --mem->hold_count;
900         if (mem->hold_count == 0 && (mem->flags & PG_UNHOLDFREE) != 0)
901                 vm_page_free_toq(mem);
902 }
903
904 /*
905  *      vm_page_unhold_pages:
906  *
907  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
908  */
909 void
910 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
911 {
912         struct mtx *mtx, *new_mtx;
913
914         mtx = NULL;
915         for (; count != 0; count--) {
916                 /*
917                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
918                  */
919                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
920                 if (mtx != new_mtx) {
921                         if (mtx != NULL)
922                                 mtx_unlock(mtx);
923                         mtx = new_mtx;
924                         mtx_lock(mtx);
925                 }
926                 vm_page_unhold(*ma);
927                 ma++;
928         }
929         if (mtx != NULL)
930                 mtx_unlock(mtx);
931 }
932
933 vm_page_t
934 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
935 {
936         vm_page_t m;
937
938 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
939         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
940         if (m == NULL)
941                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
942         return (m);
943 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
944         long pi;
945
946         pi = atop(pa);
947         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
948                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
949                 return (m);
950         }
951         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
952 #else
953 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
954 #endif
955 }
956
957 /*
958  *      vm_page_getfake:
959  *
960  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
961  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
962  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
963  */
964 vm_page_t
965 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
966 {
967         vm_page_t m;
968
969         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
970         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
971         return (m);
972 }
973
974 void
975 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
976 {
977
978         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
979                 /*
980                  * The page's memattr might have changed since the
981                  * previous initialization.  Update the pmap to the
982                  * new memattr.
983                  */
984                 goto memattr;
985         }
986         m->phys_addr = paddr;
987         m->queue = PQ_NONE;
988         /* Fictitious pages don't use "segind". */
989         m->flags = PG_FICTITIOUS;
990         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
991         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
992         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
993         m->wire_count = 1;
994         pmap_page_init(m);
995 memattr:
996         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
997 }
998
999 /*
1000  *      vm_page_putfake:
1001  *
1002  *      Release a fictitious page.
1003  */
1004 void
1005 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1006 {
1007
1008         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1009         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1010             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1011         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1012 }
1013
1014 /*
1015  *      vm_page_updatefake:
1016  *
1017  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1018  *      memory attribute.
1019  */
1020 void
1021 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1022 {
1023
1024         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1025             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1026         m->phys_addr = paddr;
1027         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1028 }
1029
1030 /*
1031  *      vm_page_free:
1032  *
1033  *      Free a page.
1034  */
1035 void
1036 vm_page_free(vm_page_t m)
1037 {
1038
1039         m->flags &= ~PG_ZERO;
1040         vm_page_free_toq(m);
1041 }
1042
1043 /*
1044  *      vm_page_free_zero:
1045  *
1046  *      Free a page to the zerod-pages queue
1047  */
1048 void
1049 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1050 {
1051
1052         m->flags |= PG_ZERO;
1053         vm_page_free_toq(m);
1054 }
1055
1056 /*
1057  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1058  * was optionally read ahead or behind.
1059  */
1060 void
1061 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1062 {
1063
1064         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1065         KASSERT(m->valid != 0, ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1066
1067         /*
1068          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1069          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1070          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1071          * unless the page is wanted by another thread.
1072          */
1073         vm_page_lock(m);
1074         if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1075                 vm_page_activate(m);
1076         else
1077                 vm_page_deactivate(m);
1078         vm_page_unlock(m);
1079         vm_page_xunbusy(m);
1080 }
1081
1082 /*
1083  *      vm_page_sleep_if_busy:
1084  *
1085  *      Sleep and release the page queues lock if the page is busied.
1086  *      Returns TRUE if the thread slept.
1087  *
1088  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1089  *      be locked.
1090  */
1091 int
1092 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
1093 {
1094         vm_object_t obj;
1095
1096         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1097         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1098
1099         if (vm_page_busied(m)) {
1100                 /*
1101                  * The page-specific object must be cached because page
1102                  * identity can change during the sleep, causing the
1103                  * re-lock of a different object.
1104                  * It is assumed that a reference to the object is already
1105                  * held by the callers.
1106                  */
1107                 obj = m->object;
1108                 vm_page_lock(m);
1109                 VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
1110                 vm_page_busy_sleep(m, msg, false);
1111                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1112                 return (TRUE);
1113         }
1114         return (FALSE);
1115 }
1116
1117 /*
1118  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1119  *
1120  *      Set all bits in the page's dirty field.
1121  *
1122  *      The object containing the specified page must be locked if the
1123  *      call is made from the machine-independent layer.
1124  *
1125  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1126  *
1127  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1128  */
1129 void
1130 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1131 {
1132
1133         /* Refer to this operation by its public name. */
1134         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
1135             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1136         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1137 }
1138
1139 /*
1140  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1141  *
1142  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1143  *
1144  *      The object must be locked.
1145  */
1146 int
1147 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1148 {
1149         vm_page_t mpred;
1150
1151         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1152         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1153         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1154 }
1155
1156 /*
1157  *      vm_page_insert_after:
1158  *
1159  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1160  *
1161  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1162  *      the specified object.
1163  *
1164  *      The object must be locked.
1165  */
1166 static int
1167 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1168     vm_page_t mpred)
1169 {
1170         vm_page_t msucc;
1171
1172         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1173         KASSERT(m->object == NULL,
1174             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1175         if (mpred != NULL) {
1176                 KASSERT(mpred->object == object,
1177                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1178                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1179                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1180                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1181         } else
1182                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1183         if (msucc != NULL)
1184                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1185                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1186
1187         /*
1188          * Record the object/offset pair in this page
1189          */
1190         m->object = object;
1191         m->pindex = pindex;
1192
1193         /*
1194          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1195          */
1196         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1197                 m->object = NULL;
1198                 m->pindex = 0;
1199                 return (1);
1200         }
1201         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1202         return (0);
1203 }
1204
1205 /*
1206  *      vm_page_insert_radixdone:
1207  *
1208  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1209  *      radix trie hooking.
1210  *
1211  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1212  *      specified object.
1213  *
1214  *      The object must be locked.
1215  */
1216 static void
1217 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1218 {
1219
1220         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1221         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1222             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1223         if (mpred != NULL) {
1224                 KASSERT(mpred->object == object,
1225                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1226                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1227                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1228         }
1229
1230         if (mpred != NULL)
1231                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1232         else
1233                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1234
1235         /*
1236          * Show that the object has one more resident page.
1237          */
1238         object->resident_page_count++;
1239
1240         /*
1241          * Hold the vnode until the last page is released.
1242          */
1243         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1244                 vhold(object->handle);
1245
1246         /*
1247          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1248          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1249          */
1250         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1251                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1252 }
1253
1254 /*
1255  *      vm_page_remove:
1256  *
1257  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1258  *      invalidate any backing storage.
1259  *
1260  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1261  */
1262 void
1263 vm_page_remove(vm_page_t m)
1264 {
1265         vm_object_t object;
1266         vm_page_t mrem;
1267
1268         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1269                 vm_page_assert_locked(m);
1270         if ((object = m->object) == NULL)
1271                 return;
1272         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1273         if (vm_page_xbusied(m))
1274                 vm_page_xunbusy_maybelocked(m);
1275         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1276         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1277
1278         /*
1279          * Now remove from the object's list of backed pages.
1280          */
1281         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1282
1283         /*
1284          * And show that the object has one fewer resident page.
1285          */
1286         object->resident_page_count--;
1287
1288         /*
1289          * The vnode may now be recycled.
1290          */
1291         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1292                 vdrop(object->handle);
1293
1294         m->object = NULL;
1295 }
1296
1297 /*
1298  *      vm_page_lookup:
1299  *
1300  *      Returns the page associated with the object/offset
1301  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1302  *
1303  *      The object must be locked.
1304  */
1305 vm_page_t
1306 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1307 {
1308
1309         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1310         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1311 }
1312
1313 /*
1314  *      vm_page_find_least:
1315  *
1316  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1317  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1318  *
1319  *      The object must be locked.
1320  */
1321 vm_page_t
1322 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1323 {
1324         vm_page_t m;
1325
1326         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1327         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1328                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1329         return (m);
1330 }
1331
1332 /*
1333  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1334  * resident; if none is found, NULL is returned.
1335  *
1336  * The object must be locked.
1337  */
1338 vm_page_t
1339 vm_page_next(vm_page_t m)
1340 {
1341         vm_page_t next;
1342
1343         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1344         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1345                 MPASS(next->object == m->object);
1346                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1347                         next = NULL;
1348         }
1349         return (next);
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1354  * resident; if none is found, NULL is returned.
1355  *
1356  * The object must be locked.
1357  */
1358 vm_page_t
1359 vm_page_prev(vm_page_t m)
1360 {
1361         vm_page_t prev;
1362
1363         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1364         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1365                 MPASS(prev->object == m->object);
1366                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1367                         prev = NULL;
1368         }
1369         return (prev);
1370 }
1371
1372 /*
1373  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1374  * pindex which must be already present in the object.
1375  *
1376  * The existing page must not be on a paging queue.
1377  */
1378 vm_page_t
1379 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1380 {
1381         vm_page_t mold;
1382
1383         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1384         KASSERT(mnew->object == NULL,
1385             ("vm_page_replace: page already in object"));
1386
1387         /*
1388          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1389          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1390          * dance.  Double check such functions for more comments.
1391          */
1392
1393         mnew->object = object;
1394         mnew->pindex = pindex;
1395         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1396         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1397             ("vm_page_replace: mold is on a paging queue"));
1398
1399         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1400         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1401         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1402
1403         mold->object = NULL;
1404         vm_page_xunbusy_maybelocked(mold);
1405
1406         /*
1407          * The object's resident_page_count does not change because we have
1408          * swapped one page for another, but OBJ_MIGHTBEDIRTY.
1409          */
1410         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1411                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1412         return (mold);
1413 }
1414
1415 /*
1416  *      vm_page_rename:
1417  *
1418  *      Move the given memory entry from its
1419  *      current object to the specified target object/offset.
1420  *
1421  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1422  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1423  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1424  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1425  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1426  *
1427  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1428  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1429  *            swap.
1430  *
1431  *      The objects must be locked.
1432  */
1433 int
1434 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1435 {
1436         vm_page_t mpred;
1437         vm_pindex_t opidx;
1438
1439         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1440
1441         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1442         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1443             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1444
1445         /*
1446          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1447          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1448          * function.
1449          */
1450         opidx = m->pindex;
1451         m->pindex = new_pindex;
1452         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1453                 m->pindex = opidx;
1454                 return (1);
1455         }
1456
1457         /*
1458          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1459          * the listq iterator is tainted.
1460          */
1461         m->pindex = opidx;
1462         vm_page_lock(m);
1463         vm_page_remove(m);
1464
1465         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1466         m->pindex = new_pindex;
1467         m->object = new_object;
1468         vm_page_unlock(m);
1469         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1470         vm_page_dirty(m);
1471         return (0);
1472 }
1473
1474 /*
1475  *      vm_page_alloc:
1476  *
1477  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1478  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1479  *
1480  *      The caller must always specify an allocation class.
1481  *
1482  *      allocation classes:
1483  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1484  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1485  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1486  *
1487  *      optional allocation flags:
1488  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1489  *                              intends to allocate
1490  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1491  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1492  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1493  *                              should not be exclusive busy
1494  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1495  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1496  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1497  *
1498  *      This routine may not sleep.
1499  */
1500 vm_page_t
1501 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1502 {
1503         vm_page_t m, mpred;
1504         int flags, req_class;
1505
1506         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1507         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1508             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1509             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1510             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1511             ("vm_page_alloc: inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
1512         if (object != NULL)
1513                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1514
1515         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1516
1517         /*
1518          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1519          */
1520         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1521                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1522
1523         if (object != NULL) {
1524                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1525                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1526                    ("vm_page_alloc: pindex already allocated"));
1527         }
1528
1529         /*
1530          * Allocate a page if the number of free pages exceeds the minimum
1531          * for the request class.
1532          */
1533         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1534         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1535             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1536             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1537             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1538             vm_cnt.v_free_count > 0)) {
1539                 /*
1540                  * Can we allocate the page from a reservation?
1541                  */
1542 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1543                 if (object == NULL || (object->flags & (OBJ_COLORED |
1544                     OBJ_FICTITIOUS)) != OBJ_COLORED || (m =
1545                     vm_reserv_alloc_page(object, pindex, mpred)) == NULL)
1546 #endif
1547                 {
1548                         /*
1549                          * If not, allocate it from the free page queues.
1550                          */
1551                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1552                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1553 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1554                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1555                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1556                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1557                                     0);
1558                         }
1559 #endif
1560                 }
1561         } else {
1562                 /*
1563                  * Not allocatable, give up.
1564                  */
1565                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1566                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1567                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1568                 pagedaemon_wakeup();
1569                 return (NULL);
1570         }
1571
1572         /*
1573          *  At this point we had better have found a good page.
1574          */
1575         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1576         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1577         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1578         vm_page_alloc_check(m);
1579
1580         /*
1581          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1582          */
1583         flags = 0;
1584         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1585                 flags = PG_ZERO;
1586         flags &= m->flags;
1587         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1588                 flags |= PG_NODUMP;
1589         m->flags = flags;
1590         m->aflags = 0;
1591         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1592             VPO_UNMANAGED : 0;
1593         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1594         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1595                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1596         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1597                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1598         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1599                 /*
1600                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1601                  * page is inserted into the object.
1602                  */
1603                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1604                 m->wire_count = 1;
1605         }
1606         m->act_count = 0;
1607
1608         if (object != NULL) {
1609                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1610                         pagedaemon_wakeup();
1611                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1612                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1613                                 m->wire_count = 0;
1614                         }
1615                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1616                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1617                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1618                         /* Don't change PG_ZERO. */
1619                         vm_page_free_toq(m);
1620                         return (NULL);
1621                 }
1622
1623                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1624                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1625                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1626                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1627         } else
1628                 m->pindex = pindex;
1629
1630         /*
1631          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1632          * we would be nearly out of memory.
1633          */
1634         if (vm_paging_needed())
1635                 pagedaemon_wakeup();
1636
1637         return (m);
1638 }
1639
1640 /*
1641  *      vm_page_alloc_contig:
1642  *
1643  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1644  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1645  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1646  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1647  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1648  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1649  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1650  *      and "boundary" must be a power of two.
1651  *
1652  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1653  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1654  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1655  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1656  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1657  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1658  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1659  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1660  *
1661  *      The specified object may not contain fictitious pages.
1662  *
1663  *      The caller must always specify an allocation class.
1664  *
1665  *      allocation classes:
1666  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1667  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1668  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1669  *
1670  *      optional allocation flags:
1671  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1672  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1673  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1674  *                              should not be exclusive busy
1675  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1676  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1677  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1678  *
1679  *      This routine may not sleep.
1680  */
1681 vm_page_t
1682 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1683     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1684     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1685 {
1686         vm_page_t m, m_ret, mpred;
1687         u_int busy_lock, flags, oflags;
1688         int req_class;
1689
1690         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1691         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1692             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1693             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1694             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1695             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
1696             req));
1697         if (object != NULL) {
1698                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1699                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
1700                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
1701                     object));
1702         }
1703         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
1704         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1705
1706         /*
1707          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1708          */
1709         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1710                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1711
1712         if (object != NULL) {
1713                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1714                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1715                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
1716         }
1717
1718         /*
1719          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
1720          * below the lower bound for the allocation class?
1721          */
1722         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1723         if (vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_free_reserved ||
1724             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1725             vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1726             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1727             vm_cnt.v_free_count >= npages)) {
1728                 /*
1729                  * Can we allocate the pages from a reservation?
1730                  */
1731 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1732 retry:
1733                 if (object == NULL || (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1734                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, npages,
1735                     low, high, alignment, boundary, mpred)) == NULL)
1736 #endif
1737                         /*
1738                          * If not, allocate them from the free page queues.
1739                          */
1740                         m_ret = vm_phys_alloc_contig(npages, low, high,
1741                             alignment, boundary);
1742         } else {
1743                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1744                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, npages);
1745                 pagedaemon_wakeup();
1746                 return (NULL);
1747         }
1748         if (m_ret != NULL)
1749                 vm_phys_freecnt_adj(m_ret, -npages);
1750         else {
1751 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1752                 if (vm_reserv_reclaim_contig(npages, low, high, alignment,
1753                     boundary))
1754                         goto retry;
1755 #endif
1756         }
1757         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1758         if (m_ret == NULL)
1759                 return (NULL);
1760         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++)
1761                 vm_page_alloc_check(m);
1762
1763         /*
1764          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1765          */
1766         flags = 0;
1767         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1768                 flags = PG_ZERO;
1769         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1770                 flags |= PG_NODUMP;
1771         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1772             VPO_UNMANAGED : 0;
1773         busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1774         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1775                 busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1776         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1777                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1778         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1779                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, npages);
1780         if (object != NULL) {
1781                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1782                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
1783                         memattr = object->memattr;
1784         }
1785         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1786                 m->aflags = 0;
1787                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
1788                 m->busy_lock = busy_lock;
1789                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1790                         m->wire_count = 1;
1791                 m->act_count = 0;
1792                 m->oflags = oflags;
1793                 if (object != NULL) {
1794                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1795                                 pagedaemon_wakeup();
1796                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1797                                         atomic_subtract_int(
1798                                             &vm_cnt.v_wire_count, npages);
1799                                 KASSERT(m->object == NULL,
1800                                     ("page %p has object", m));
1801                                 mpred = m;
1802                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1803                                         if (m <= mpred &&
1804                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1805                                                 m->wire_count = 0;
1806                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1807                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1808                                         /* Don't change PG_ZERO. */
1809                                         vm_page_free_toq(m);
1810                                 }
1811                                 return (NULL);
1812                         }
1813                         mpred = m;
1814                 } else
1815                         m->pindex = pindex;
1816                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1817                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1818                 pindex++;
1819         }
1820         if (vm_paging_needed())
1821                 pagedaemon_wakeup();
1822         return (m_ret);
1823 }
1824
1825 /*
1826  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1827  */
1828 static void
1829 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
1830 {
1831
1832         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1833         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1834             ("page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1835         KASSERT(m->wire_count == 0, ("page %p is wired", m));
1836         KASSERT(m->hold_count == 0, ("page %p is held", m));
1837         KASSERT(!vm_page_busied(m), ("page %p is busy", m));
1838         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
1839         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1840             ("page %p has unexpected memattr %d",
1841             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1842         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
1843 }
1844
1845 /*
1846  *      vm_page_alloc_freelist:
1847  *
1848  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
1849  *
1850  *      The caller must always specify an allocation class.
1851  *
1852  *      allocation classes:
1853  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1854  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1855  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1856  *
1857  *      optional allocation flags:
1858  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1859  *                              intends to allocate
1860  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1861  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1862  *
1863  *      This routine may not sleep.
1864  */
1865 vm_page_t
1866 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1867 {
1868         vm_page_t m;
1869         u_int flags;
1870         int req_class;
1871
1872         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1873
1874         /*
1875          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1876          */
1877         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1878                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1879
1880         /*
1881          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1882          */
1883         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1884         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1885             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1886             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1887             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1888             vm_cnt.v_free_count > 0))
1889                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1890         else {
1891                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1892                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1893                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1894                 pagedaemon_wakeup();
1895                 return (NULL);
1896         }
1897         if (m == NULL) {
1898                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1899                 return (NULL);
1900         }
1901         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1902         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1903         vm_page_alloc_check(m);
1904
1905         /*
1906          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1907          */
1908         m->aflags = 0;
1909         flags = 0;
1910         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1911                 flags = PG_ZERO;
1912         m->flags &= flags;
1913         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1914                 /*
1915                  * The page lock is not required for wiring a page that does
1916                  * not belong to an object.
1917                  */
1918                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1919                 m->wire_count = 1;
1920         }
1921         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1922         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1923         if (vm_paging_needed())
1924                 pagedaemon_wakeup();
1925         return (m);
1926 }
1927
1928 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
1929 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
1930 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
1931
1932 /*
1933  *      vm_page_scan_contig:
1934  *
1935  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
1936  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
1937  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
1938  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
1939  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
1940  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
1941  *      multiple of "boundary".
1942  *
1943  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
1944  *      structure within vm_page_array[].
1945  *
1946  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
1947  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
1948  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
1949  */
1950 vm_page_t
1951 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
1952     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
1953 {
1954         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
1955         vm_object_t object;
1956         vm_paddr_t pa;
1957         vm_page_t m, m_run;
1958 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1959         int level;
1960 #endif
1961         int m_inc, order, run_ext, run_len;
1962
1963         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
1964         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
1965         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
1966         m_run = NULL;
1967         run_len = 0;
1968         m_mtx = NULL;
1969         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
1970                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
1971                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
1972
1973                 /*
1974                  * If the current page would be the start of a run, check its
1975                  * physical address against the end, alignment, and boundary
1976                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
1977                  * terminate the scan or advance to the next page that
1978                  * satisfies the failed condition.
1979                  */
1980                 if (run_len == 0) {
1981                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
1982                         if (m + npages > m_end)
1983                                 break;
1984                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1985                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
1986                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
1987                                 continue;
1988                         }
1989                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
1990                             boundary) != 0) {
1991                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
1992                                 continue;
1993                         }
1994                 } else
1995                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
1996
1997                 /*
1998                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
1999                  */
2000                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2001                 if (m_mtx != new_mtx) {
2002                         if (m_mtx != NULL)
2003                                 mtx_unlock(m_mtx);
2004                         m_mtx = new_mtx;
2005                         mtx_lock(m_mtx);
2006                 }
2007                 m_inc = 1;
2008 retry:
2009                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2010                         run_ext = 0;
2011 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2012                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2013                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2014                         run_ext = 0;
2015                         /* Advance to the end of the reservation. */
2016                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2017                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2018                             pa);
2019                 }
2020 #endif
2021                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2022                         /*
2023                          * The page is considered eligible for relocation if
2024                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2025                          * the page daemon.
2026                          */
2027                         if (!VM_OBJECT_TRYRLOCK(object)) {
2028                                 mtx_unlock(m_mtx);
2029                                 VM_OBJECT_RLOCK(object);
2030                                 mtx_lock(m_mtx);
2031                                 if (m->object != object) {
2032                                         /*
2033                                          * The page may have been freed.
2034                                          */
2035                                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2036                                         goto retry;
2037                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2038                                     m->hold_count != 0) {
2039                                         run_ext = 0;
2040                                         goto unlock;
2041                                 }
2042                         }
2043                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2044                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2045                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2046                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2047                             object->type != OBJT_SWAP &&
2048                             object->type != OBJT_VNODE) {
2049                                 run_ext = 0;
2050 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2051                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2052                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2053                                 run_ext = 0;
2054                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2055                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2056                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2057                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2058 #endif
2059                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2060                             m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2061                                 /*
2062                                  * The page is allocated but eligible for
2063                                  * relocation.  Extend the current run by one
2064                                  * page.
2065                                  */
2066                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2067                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2068                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2069                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2070                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2071                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2072                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2073                                 run_ext = 1;
2074                         } else
2075                                 run_ext = 0;
2076 unlock:
2077                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2078 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2079                 } else if (level >= 0) {
2080                         /*
2081                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2082                          * other words, it is still free.  Extend the current
2083                          * run by one page.
2084                          */
2085                         run_ext = 1;
2086 #endif
2087                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2088                         /*
2089                          * The page is enqueued in the physical memory
2090                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2091                          * first page in a power-of-two-sized run of
2092                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2093                          * of the current run, and jump ahead.
2094                          */
2095                         run_ext = 1 << order;
2096                         m_inc = 1 << order;
2097                 } else {
2098                         /*
2099                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2100                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2101                          * free page queues.  However, it is not the first
2102                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2103                          * rarely occurs because the scan is performed in
2104                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2105                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2106                          * the transition from allocated to free for managed
2107                          * pages is blocked by the page lock.) (3) It is
2108                          * allocated but not contained by an object and not
2109                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2110                          */
2111                         run_ext = 0;
2112                 }
2113
2114                 /*
2115                  * Extend or reset the current run of pages.
2116                  */
2117                 if (run_ext > 0) {
2118                         if (run_len == 0)
2119                                 m_run = m;
2120                         run_len += run_ext;
2121                 } else {
2122                         if (run_len > 0) {
2123                                 m_run = NULL;
2124                                 run_len = 0;
2125                         }
2126                 }
2127         }
2128         if (m_mtx != NULL)
2129                 mtx_unlock(m_mtx);
2130         if (run_len >= npages)
2131                 return (m_run);
2132         return (NULL);
2133 }
2134
2135 /*
2136  *      vm_page_reclaim_run:
2137  *
2138  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2139  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2140  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2141  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2142  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2143  *      physical address above "high".
2144  *
2145  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2146  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2147  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2148  *      unsuccessful.
2149  *
2150  *      "req_class" must be an allocation class.
2151  */
2152 static int
2153 vm_page_reclaim_run(int req_class, u_long npages, vm_page_t m_run,
2154     vm_paddr_t high)
2155 {
2156         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
2157         struct spglist free;
2158         vm_object_t object;
2159         vm_paddr_t pa;
2160         vm_page_t m, m_end, m_new;
2161         int error, order, req;
2162
2163         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2164             ("req_class is not an allocation class"));
2165         SLIST_INIT(&free);
2166         error = 0;
2167         m = m_run;
2168         m_end = m_run + npages;
2169         m_mtx = NULL;
2170         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2171                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2172                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2173
2174                 /*
2175                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2176                  */
2177                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2178                 if (m_mtx != new_mtx) {
2179                         if (m_mtx != NULL)
2180                                 mtx_unlock(m_mtx);
2181                         m_mtx = new_mtx;
2182                         mtx_lock(m_mtx);
2183                 }
2184 retry:
2185                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2186                         error = EBUSY;
2187                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2188                         /*
2189                          * The page is relocated if and only if it could be
2190                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2191                          */
2192                         if (!VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
2193                                 mtx_unlock(m_mtx);
2194                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2195                                 mtx_lock(m_mtx);
2196                                 if (m->object != object) {
2197                                         /*
2198                                          * The page may have been freed.
2199                                          */
2200                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2201                                         goto retry;
2202                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2203                                     m->hold_count != 0) {
2204                                         error = EBUSY;
2205                                         goto unlock;
2206                                 }
2207                         }
2208                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2209                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2210                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2211                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2212                             object->type != OBJT_SWAP &&
2213                             object->type != OBJT_VNODE)
2214                                 error = EINVAL;
2215                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2216                                 error = EINVAL;
2217                         else if (m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2218                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2219                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2220                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2221                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2222                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2223                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2224                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2225                                 if (m->valid != 0) {
2226                                         /*
2227                                          * First, try to allocate a new page
2228                                          * that is above "high".  Failing
2229                                          * that, try to allocate a new page
2230                                          * that is below "m_run".  Allocate
2231                                          * the new page between the end of
2232                                          * "m_run" and "high" only as a last
2233                                          * resort.
2234                                          */
2235                                         req = req_class | VM_ALLOC_NOOBJ;
2236                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2237                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2238                                         if (trunc_page(high) !=
2239                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2240                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2241                                                     NULL, 0, req, 1,
2242                                                     round_page(high),
2243                                                     ~(vm_paddr_t)0,
2244                                                     PAGE_SIZE, 0,
2245                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2246                                         } else
2247                                                 m_new = NULL;
2248                                         if (m_new == NULL) {
2249                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2250                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2251                                                     NULL, 0, req, 1,
2252                                                     0, pa - 1, PAGE_SIZE, 0,
2253                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2254                                         }
2255                                         if (m_new == NULL) {
2256                                                 pa += ptoa(npages);
2257                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2258                                                     NULL, 0, req, 1,
2259                                                     pa, high, PAGE_SIZE, 0,
2260                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2261                                         }
2262                                         if (m_new == NULL) {
2263                                                 error = ENOMEM;
2264                                                 goto unlock;
2265                                         }
2266                                         KASSERT(m_new->wire_count == 0,
2267                                             ("page %p is wired", m));
2268
2269                                         /*
2270                                          * Replace "m" with the new page.  For
2271                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2272                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2273                                          * as if vm_page_free() was called.
2274                                          */
2275                                         if (object->ref_count != 0)
2276                                                 pmap_remove_all(m);
2277                                         m_new->aflags = m->aflags;
2278                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2279                                             ("page %p is managed", m));
2280                                         m_new->oflags = m->oflags & VPO_NOSYNC;
2281                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2282                                         m_new->valid = m->valid;
2283                                         m_new->dirty = m->dirty;
2284                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2285                                         vm_page_xbusy(m);
2286                                         vm_page_remque(m);
2287                                         vm_page_replace_checked(m_new, object,
2288                                             m->pindex, m);
2289                                         m->valid = 0;
2290                                         vm_page_undirty(m);
2291
2292                                         /*
2293                                          * The new page must be deactivated
2294                                          * before the object is unlocked.
2295                                          */
2296                                         new_mtx = vm_page_lockptr(m_new);
2297                                         if (m_mtx != new_mtx) {
2298                                                 mtx_unlock(m_mtx);
2299                                                 m_mtx = new_mtx;
2300                                                 mtx_lock(m_mtx);
2301                                         }
2302                                         vm_page_deactivate(m_new);
2303                                 } else {
2304                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2305                                         vm_page_remque(m);
2306                                         vm_page_remove(m);
2307                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2308                                             ("page %p is dirty", m));
2309                                 }
2310                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m, plinks.s.ss);
2311                         } else
2312                                 error = EBUSY;
2313 unlock:
2314                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2315                 } else {
2316                         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2317                         order = m->order;
2318                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2319                                 /*
2320                                  * The page is enqueued in the physical memory
2321                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2322                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2323                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2324                                  * to the last page within that run, and
2325                                  * continue from there.
2326                                  */
2327                                 m += (1 << order) - 1;
2328                         }
2329 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2330                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2331                                 order = 0;
2332 #endif
2333                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2334                         if (order == VM_NFREEORDER)
2335                                 error = EINVAL;
2336                 }
2337         }
2338         if (m_mtx != NULL)
2339                 mtx_unlock(m_mtx);
2340         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2341                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2342                 do {
2343                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2344                         vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2345 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2346                         if (!vm_reserv_free_page(m))
2347 #else
2348                         if (true)
2349 #endif
2350                                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2351                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2352                 vm_page_free_wakeup();
2353                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2354         }
2355         return (error);
2356 }
2357
2358 #define NRUNS   16
2359
2360 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2361
2362 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2363
2364 #define MIN_RECLAIM     8
2365
2366 /*
2367  *      vm_page_reclaim_contig:
2368  *
2369  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2370  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2371  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2372  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2373  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2374  *      are expected to perform VM_WAIT before retrying a failed allocation
2375  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2376  *
2377  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2378  *
2379  *      allocation classes:
2380  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2381  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2382  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2383  *
2384  *      The optional allocation flags are ignored.
2385  *
2386  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2387  *      must be a power of two.
2388  */
2389 bool
2390 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2391     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2392 {
2393         vm_paddr_t curr_low;
2394         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
2395         u_long count, reclaimed;
2396         int error, i, options, req_class;
2397
2398         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2399         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2400         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2401         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2402
2403         /*
2404          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
2405          */
2406         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2407                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2408
2409         /*
2410          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
2411          * allocation.
2412          */
2413         count = vm_cnt.v_free_count;
2414         if (count < npages + vm_cnt.v_free_reserved || (count < npages +
2415             vm_cnt.v_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
2416             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
2417                 return (false);
2418
2419         /*
2420          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
2421          * the reclamation of reservations and superpages each time.
2422          */
2423         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
2424                 /*
2425                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
2426                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
2427                  */
2428                 curr_low = low;
2429                 count = 0;
2430                 for (;;) {
2431                         m_run = vm_phys_scan_contig(npages, curr_low, high,
2432                             alignment, boundary, options);
2433                         if (m_run == NULL)
2434                                 break;
2435                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
2436                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
2437                         count++;
2438                 }
2439
2440                 /*
2441                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
2442                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
2443                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
2444                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
2445                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
2446                  */
2447                 reclaimed = 0;
2448                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
2449                         count--;
2450                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
2451                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, npages, m_run,
2452                             high);
2453                         if (error == 0) {
2454                                 reclaimed += npages;
2455                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
2456                                         return (true);
2457                         }
2458                 }
2459
2460                 /*
2461                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
2462                  * the last scan had no restrictions.
2463                  */
2464                 if (options == VPSC_NORESERV)
2465                         options = VPSC_NOSUPER;
2466                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
2467                         options = VPSC_ANY;
2468                 else if (options == VPSC_ANY)
2469                         return (reclaimed != 0);
2470         }
2471 }
2472
2473 /*
2474  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
2475  *
2476  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2477  *      - Called in various places before memory allocations.
2478  */
2479 void
2480 vm_wait(void)
2481 {
2482
2483         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2484         if (curproc == pageproc) {
2485                 vm_pageout_pages_needed = 1;
2486                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
2487                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
2488         } else {
2489                 if (__predict_false(pageproc == NULL))
2490                         panic("vm_wait in early boot");
2491                 if (!vm_pageout_wanted) {
2492                         vm_pageout_wanted = true;
2493                         wakeup(&vm_pageout_wanted);
2494                 }
2495                 vm_pages_needed = true;
2496                 msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
2497                     "vmwait", 0);
2498         }
2499 }
2500
2501 /*
2502  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
2503  *
2504  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2505  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
2506  *        can be easily tracked.
2507  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
2508  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
2509  *        this balance without careful testing first.
2510  */
2511 void
2512 vm_waitpfault(void)
2513 {
2514
2515         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2516         if (!vm_pageout_wanted) {
2517                 vm_pageout_wanted = true;
2518                 wakeup(&vm_pageout_wanted);
2519         }
2520         vm_pages_needed = true;
2521         msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
2522             "pfault", 0);
2523 }
2524
2525 struct vm_pagequeue *
2526 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
2527 {
2528
2529         if (vm_page_in_laundry(m))
2530                 return (&vm_dom[0].vmd_pagequeues[m->queue]);
2531         else
2532                 return (&vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[m->queue]);
2533 }
2534
2535 /*
2536  *      vm_page_dequeue:
2537  *
2538  *      Remove the given page from its current page queue.
2539  *
2540  *      The page must be locked.
2541  */
2542 void
2543 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
2544 {
2545         struct vm_pagequeue *pq;
2546
2547         vm_page_assert_locked(m);
2548         KASSERT(m->queue < PQ_COUNT, ("vm_page_dequeue: page %p is not queued",
2549             m));
2550         pq = vm_page_pagequeue(m);
2551         vm_pagequeue_lock(pq);
2552         m->queue = PQ_NONE;
2553         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2554         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2555         vm_pagequeue_unlock(pq);
2556 }
2557
2558 /*
2559  *      vm_page_dequeue_locked:
2560  *
2561  *      Remove the given page from its current page queue.
2562  *
2563  *      The page and page queue must be locked.
2564  */
2565 void
2566 vm_page_dequeue_locked(vm_page_t m)
2567 {
2568         struct vm_pagequeue *pq;
2569
2570         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2571         pq = vm_page_pagequeue(m);
2572         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2573         m->queue = PQ_NONE;
2574         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2575         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2576 }
2577
2578 /*
2579  *      vm_page_enqueue:
2580  *
2581  *      Add the given page to the specified page queue.
2582  *
2583  *      The page must be locked.
2584  */
2585 static void
2586 vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m)
2587 {
2588         struct vm_pagequeue *pq;
2589
2590         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2591         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
2592             ("vm_page_enqueue: invalid queue %u request for page %p",
2593             queue, m));
2594         if (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE)
2595                 pq = &vm_dom[0].vmd_pagequeues[queue];
2596         else
2597                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
2598         vm_pagequeue_lock(pq);
2599         m->queue = queue;
2600         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2601         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2602         vm_pagequeue_unlock(pq);
2603 }
2604
2605 /*
2606  *      vm_page_requeue:
2607  *
2608  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2609  *
2610  *      The page must be locked.
2611  */
2612 void
2613 vm_page_requeue(vm_page_t m)
2614 {
2615         struct vm_pagequeue *pq;
2616
2617         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2618         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2619             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
2620         pq = vm_page_pagequeue(m);
2621         vm_pagequeue_lock(pq);
2622         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2623         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2624         vm_pagequeue_unlock(pq);
2625 }
2626
2627 /*
2628  *      vm_page_requeue_locked:
2629  *
2630  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2631  *
2632  *      The page queue must be locked.
2633  */
2634 void
2635 vm_page_requeue_locked(vm_page_t m)
2636 {
2637         struct vm_pagequeue *pq;
2638
2639         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2640             ("vm_page_requeue_locked: page %p is not queued", m));
2641         pq = vm_page_pagequeue(m);
2642         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2643         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2644         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2645 }
2646
2647 /*
2648  *      vm_page_activate:
2649  *
2650  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
2651  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
2652  *      mess with it.
2653  *
2654  *      The page must be locked.
2655  */
2656 void
2657 vm_page_activate(vm_page_t m)
2658 {
2659         int queue;
2660
2661         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2662         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
2663                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2664                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2665                                 m->act_count = ACT_INIT;
2666                         if (queue != PQ_NONE)
2667                                 vm_page_dequeue(m);
2668                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
2669                 } else
2670                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2671                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
2672         } else {
2673                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2674                         m->act_count = ACT_INIT;
2675         }
2676 }
2677
2678 /*
2679  *      vm_page_free_wakeup:
2680  *
2681  *      Helper routine for vm_page_free_toq().  This routine is called
2682  *      when a page is added to the free queues.
2683  *
2684  *      The page queues must be locked.
2685  */
2686 static inline void
2687 vm_page_free_wakeup(void)
2688 {
2689
2690         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
2691         /*
2692          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
2693          * some free.
2694          */
2695         if (vm_pageout_pages_needed &&
2696             vm_cnt.v_free_count >= vm_cnt.v_pageout_free_min) {
2697                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2698                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2699         }
2700         /*
2701          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
2702          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
2703          * lots of memory. this process will swapin processes.
2704          */
2705         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
2706                 vm_pages_needed = false;
2707                 wakeup(&vm_cnt.v_free_count);
2708         }
2709 }
2710
2711 /*
2712  *      vm_page_free_toq:
2713  *
2714  *      Returns the given page to the free list,
2715  *      disassociating it with any VM object.
2716  *
2717  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
2718  */
2719 void
2720 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2721 {
2722
2723         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2724                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2725                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2726                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
2727         } else
2728                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
2729                     ("vm_page_free_toq: unmanaged page %p is queued", m));
2730         PCPU_INC(cnt.v_tfree);
2731
2732         if (vm_page_sbusied(m))
2733                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
2734
2735         /*
2736          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
2737          * the page here because we do not want to call the pager's
2738          * callback routine until after we've put the page on the
2739          * appropriate free queue.
2740          */
2741         vm_page_remque(m);
2742         vm_page_remove(m);
2743
2744         /*
2745          * If fictitious remove object association and
2746          * return, otherwise delay object association removal.
2747          */
2748         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2749                 return;
2750         }
2751
2752         m->valid = 0;
2753         vm_page_undirty(m);
2754
2755         if (m->wire_count != 0)
2756                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
2757         if (m->hold_count != 0) {
2758                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2759                 KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2760                     ("vm_page_free: freeing PG_UNHOLDFREE page %p", m));
2761                 m->flags |= PG_UNHOLDFREE;
2762         } else {
2763                 /*
2764                  * Restore the default memory attribute to the page.
2765                  */
2766                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2767                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2768
2769                 /*
2770                  * Insert the page into the physical memory allocator's free
2771                  * page queues.
2772                  */
2773                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2774                 vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2775 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2776                 if (!vm_reserv_free_page(m))
2777 #else
2778                 if (TRUE)
2779 #endif
2780                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2781                 vm_page_free_wakeup();
2782                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2783         }
2784 }
2785
2786 /*
2787  *      vm_page_wire:
2788  *
2789  *      Mark this page as wired down by yet
2790  *      another map, removing it from paging queues
2791  *      as necessary.
2792  *
2793  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
2794  *
2795  *      The page must be locked.
2796  */
2797 void
2798 vm_page_wire(vm_page_t m)
2799 {
2800
2801         /*
2802          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2803          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2804          * it is already off the queues).
2805          */
2806         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2807         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2808                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2809                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
2810                     m));
2811                 return;
2812         }
2813         if (m->wire_count == 0) {
2814                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 ||
2815                     m->queue == PQ_NONE,
2816                     ("vm_page_wire: unmanaged page %p is queued", m));
2817                 vm_page_remque(m);
2818                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2819         }
2820         m->wire_count++;
2821         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2822 }
2823
2824 /*
2825  * vm_page_unwire:
2826  *
2827  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
2828  * paged out.  Returns TRUE if the number of wirings transitions to zero and
2829  * FALSE otherwise.
2830  *
2831  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
2832  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
2833  * the page is added to the specified paging queue (unless PQ_NONE is
2834  * specified).
2835  *
2836  * If a page is fictitious, then its wire count must always be one.
2837  *
2838  * A managed page must be locked.
2839  */
2840 boolean_t
2841 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue)
2842 {
2843
2844         KASSERT(queue < PQ_COUNT || queue == PQ_NONE,
2845             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p",
2846             queue, m));
2847         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2848                 vm_page_assert_locked(m);
2849         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2850                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2851             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2852                 return (FALSE);
2853         }
2854         if (m->wire_count > 0) {
2855                 m->wire_count--;
2856                 if (m->wire_count == 0) {
2857                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2858                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
2859                             m->object != NULL && queue != PQ_NONE)
2860                                 vm_page_enqueue(queue, m);
2861                         return (TRUE);
2862                 } else
2863                         return (FALSE);
2864         } else
2865                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2866 }
2867
2868 /*
2869  * Move the specified page to the inactive queue.
2870  *
2871  * Normally, "noreuse" is FALSE, resulting in LRU ordering of the inactive
2872  * queue.  However, setting "noreuse" to TRUE will accelerate the specified
2873  * page's reclamation, but it will not unmap the page from any address space.
2874  * This is implemented by inserting the page near the head of the inactive
2875  * queue, using a marker page to guide FIFO insertion ordering.
2876  *
2877  * The page must be locked.
2878  */
2879 static inline void
2880 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, boolean_t noreuse)
2881 {
2882         struct vm_pagequeue *pq;
2883         int queue;
2884
2885         vm_page_assert_locked(m);
2886
2887         /*
2888          * Ignore if the page is already inactive, unless it is unlikely to be
2889          * reactivated.
2890          */
2891         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE && !noreuse)
2892                 return;
2893         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2894                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE];
2895                 /* Avoid multiple acquisitions of the inactive queue lock. */
2896                 if (queue == PQ_INACTIVE) {
2897                         vm_pagequeue_lock(pq);
2898                         vm_page_dequeue_locked(m);
2899                 } else {
2900                         if (queue != PQ_NONE)
2901                                 vm_page_dequeue(m);
2902                         vm_pagequeue_lock(pq);
2903                 }
2904                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2905                 if (noreuse)
2906                         TAILQ_INSERT_BEFORE(&vm_phys_domain(m)->vmd_inacthead,
2907                             m, plinks.q);
2908                 else
2909                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2910                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2911                 vm_pagequeue_unlock(pq);
2912         }
2913 }
2914
2915 /*
2916  * Move the specified page to the inactive queue.
2917  *
2918  * The page must be locked.
2919  */
2920 void
2921 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2922 {
2923
2924         _vm_page_deactivate(m, FALSE);
2925 }
2926
2927 /*
2928  * Move the specified page to the inactive queue with the expectation
2929  * that it is unlikely to be reused.
2930  *
2931  * The page must be locked.
2932  */
2933 void
2934 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
2935 {
2936
2937         _vm_page_deactivate(m, TRUE);
2938 }
2939
2940 /*
2941  * vm_page_launder
2942  *
2943  *      Put a page in the laundry.
2944  */
2945 void
2946 vm_page_launder(vm_page_t m)
2947 {
2948         int queue;
2949
2950         vm_page_assert_locked(m);
2951         if ((queue = m->queue) != PQ_LAUNDRY) {
2952                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2953                         if (queue != PQ_NONE)
2954                                 vm_page_dequeue(m);
2955                         vm_page_enqueue(PQ_LAUNDRY, m);
2956                 } else
2957                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2958                             ("wired page %p is queued", m));
2959         }
2960 }
2961
2962 /*
2963  * vm_page_unswappable
2964  *
2965  *      Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
2966  */
2967 void
2968 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
2969 {
2970
2971         vm_page_assert_locked(m);
2972         KASSERT(m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2973             ("page %p already unswappable", m));
2974         if (m->queue != PQ_NONE)
2975                 vm_page_dequeue(m);
2976         vm_page_enqueue(PQ_UNSWAPPABLE, m);
2977 }
2978
2979 /*
2980  * vm_page_try_to_free()
2981  *
2982  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2983  *      1 is returned on success, 0 on failure.
2984  */
2985 int
2986 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2987 {
2988
2989         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2990         if (m->object != NULL)
2991                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2992         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2993             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_busied(m))
2994                 return (0);
2995         pmap_remove_all(m);
2996         if (m->dirty)
2997                 return (0);
2998         vm_page_free(m);
2999         return (1);
3000 }
3001
3002 /*
3003  * vm_page_advise
3004  *
3005  *      Apply the specified advice to the given page.
3006  *
3007  *      The object and page must be locked.
3008  */
3009 void
3010 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
3011 {
3012
3013         vm_page_assert_locked(m);
3014         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3015         if (advice == MADV_FREE)
3016                 /*
3017                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
3018                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
3019                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
3020                  * would result in a page fault on a later access.
3021                  */
3022                 vm_page_undirty(m);
3023         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
3024                 if (advice == MADV_WILLNEED)
3025                         vm_page_activate(m);
3026                 return;
3027         }
3028
3029         /*
3030          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
3031          * immediately reactivate the page.
3032          */
3033         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
3034
3035         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
3036                 vm_page_dirty(m);
3037
3038         /*
3039          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
3040          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
3041          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
3042          * laundry are moved there.
3043          */
3044         if (m->dirty == 0)
3045                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
3046         else
3047                 vm_page_launder(m);
3048 }
3049
3050 /*
3051  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
3052  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
3053  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
3054  * and then conditionally zero it.
3055  *
3056  * This routine may sleep.
3057  *
3058  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
3059  * and reacquired if the routine sleeps.
3060  */
3061 vm_page_t
3062 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3063 {
3064         vm_page_t m;
3065         int sleep;
3066
3067         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3068         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
3069             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
3070             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
3071 retrylookup:
3072         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
3073                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
3074                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
3075                 if (sleep) {
3076                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3077                                 return (NULL);
3078                         /*
3079                          * Reference the page before unlocking and
3080                          * sleeping so that the page daemon is less
3081                          * likely to reclaim it.
3082                          */
3083                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3084                         vm_page_lock(m);
3085                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3086                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
3087                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
3088                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3089                         goto retrylookup;
3090                 } else {
3091                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
3092                                 vm_page_lock(m);
3093                                 vm_page_wire(m);
3094                                 vm_page_unlock(m);
3095                         }
3096                         if ((allocflags &
3097                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
3098                                 vm_page_xbusy(m);
3099                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
3100                                 vm_page_sbusy(m);
3101                         return (m);
3102                 }
3103         }
3104         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags);
3105         if (m == NULL) {
3106                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3107                         return (NULL);
3108                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3109                 VM_WAIT;
3110                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
3111                 goto retrylookup;
3112         }
3113         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
3114                 pmap_zero_page(m);
3115         return (m);
3116 }
3117
3118 /*
3119  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
3120  *
3121  * Inputs are required to range within a page.
3122  */
3123 vm_page_bits_t
3124 vm_page_bits(int base, int size)
3125 {
3126         int first_bit;
3127         int last_bit;
3128
3129         KASSERT(
3130             base + size <= PAGE_SIZE,
3131             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3132         );
3133
3134         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3135                 return (0);
3136
3137         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3138         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3139
3140         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
3141             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
3142 }
3143
3144 /*
3145  *      vm_page_set_valid_range:
3146  *
3147  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
3148  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3149  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3150  *      such chunks will be zeroed.
3151  *
3152  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3153  */
3154 void
3155 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
3156 {
3157         int endoff, frag;
3158
3159         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3160         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3161                 return;
3162
3163         /*
3164          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3165          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3166          * first block.
3167          */
3168         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3169             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3170                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3171
3172         /*
3173          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3174          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3175          * the last block.
3176          */
3177         endoff = base + size;
3178         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3179             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3180                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3181                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3182
3183         /*
3184          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
3185          * is already dirty.
3186          */
3187         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
3188             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
3189
3190         /*
3191          * Set valid bits inclusive of any overlap.
3192          */
3193         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3194 }
3195
3196 /*
3197  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
3198  */
3199 static __inline void
3200 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
3201 {
3202         uintptr_t addr;
3203 #if PAGE_SIZE < 16384
3204         int shift;
3205 #endif
3206
3207         /*
3208          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
3209          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
3210          * set by a concurrent pmap operation.
3211          */
3212         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3213         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
3214                 m->dirty &= ~pagebits;
3215         else {
3216                 /*
3217                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
3218                  * holding a distinguished lock.  The combination of
3219                  * the object's lock and an atomic operation suffice
3220                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
3221                  *
3222                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
3223                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
3224                  * alignment is needed. Only require existence of
3225                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
3226                  */
3227                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
3228 #if PAGE_SIZE == 32768
3229                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
3230 #elif PAGE_SIZE == 16384
3231                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
3232 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
3233                 /*
3234                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
3235                  * containing aligned word, to not depend on the existence
3236                  * of atomic_clear_{8, 16}.
3237                  */
3238                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
3239 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
3240                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
3241 #else
3242                 shift *= NBBY;
3243 #endif
3244                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
3245                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
3246 #endif          /* PAGE_SIZE */
3247         }
3248 }
3249
3250 /*
3251  *      vm_page_set_validclean:
3252  *
3253  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3254  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3255  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3256  *      such chunks will be zero'd.
3257  *
3258  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3259  */
3260 void
3261 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3262 {
3263         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
3264         int endoff, frag;
3265
3266         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3267         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3268                 return;
3269
3270         /*
3271          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3272          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3273          * first block.
3274          */
3275         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3276             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3277                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3278
3279         /*
3280          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3281          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3282          * the last block.
3283          */
3284         endoff = base + size;
3285         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3286             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3287                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3288                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3289
3290         /*
3291          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3292          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3293          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
3294          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3295          * be set again.
3296          *
3297          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3298          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3299          * the range.
3300          */
3301         oldvalid = m->valid;
3302         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3303         m->valid |= pagebits;
3304 #if 0   /* NOT YET */
3305         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
3306                 frag = DEV_BSIZE - frag;
3307                 base += frag;
3308                 size -= frag;
3309                 if (size < 0)
3310                         size = 0;
3311         }
3312         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
3313 #endif
3314         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3315                 /*
3316                  * The page can only be modified within the pmap if it is
3317                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
3318                  * fully valid.
3319                  */
3320                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
3321                         /*
3322                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
3323                          * a concurrent pmap operation, such as
3324                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
3325                          * pmap and set the dirty field on the page before
3326                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
3327                          * field was cleared here.
3328                          */
3329                         pmap_clear_modify(m);
3330                 m->dirty = 0;
3331                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
3332         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3333                 m->dirty &= ~pagebits;
3334         else
3335                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
3336 }
3337
3338 void
3339 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3340 {
3341
3342         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
3343 }
3344
3345 /*
3346  *      vm_page_set_invalid:
3347  *
3348  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3349  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3350  */
3351 void
3352 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3353 {
3354         vm_page_bits_t bits;
3355         vm_object_t object;
3356
3357         object = m->object;
3358         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3359         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
3360             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
3361                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
3362         else
3363                 bits = vm_page_bits(base, size);
3364         if (object->ref_count != 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL &&
3365             bits != 0)
3366                 pmap_remove_all(m);
3367         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
3368             !pmap_page_is_mapped(m),
3369             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
3370         m->valid &= ~bits;
3371         m->dirty &= ~bits;
3372 }
3373
3374 /*
3375  * vm_page_zero_invalid()
3376  *
3377  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
3378  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3379  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3380  *      page so user code sees what it expects.
3381  *
3382  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
3383  *      into memory and the file's size is not page aligned.
3384  */
3385 void
3386 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3387 {
3388         int b;
3389         int i;
3390
3391         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3392         /*
3393          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3394          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3395          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
3396          * vm_page_set_validclean().
3397          */
3398         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3399                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
3400                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
3401                         if (i > b) {
3402                                 pmap_zero_page_area(m,
3403                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
3404                         }
3405                         b = i + 1;
3406                 }
3407         }
3408
3409         /*
3410          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3411          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
3412          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3413          */
3414         if (setvalid)
3415                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3416 }
3417
3418 /*
3419  *      vm_page_is_valid:
3420  *
3421  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3422  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
3423  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
3424  */
3425 int
3426 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3427 {
3428         vm_page_bits_t bits;
3429
3430         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3431         bits = vm_page_bits(base, size);
3432         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
3433 }
3434
3435 /*
3436  *      vm_page_ps_is_valid:
3437  *
3438  *      Returns TRUE if the entire (super)page is valid and FALSE otherwise.
3439  */
3440 boolean_t
3441 vm_page_ps_is_valid(vm_page_t m)
3442 {
3443         int i, npages;
3444
3445         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3446         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
3447
3448         /*
3449          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
3450          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
3451          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
3452          */
3453         for (i = 0; i < npages; i++) {
3454                 if (m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3455                         return (FALSE);
3456         }
3457         return (TRUE);
3458 }
3459
3460 /*
3461  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
3462  */
3463 void
3464 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3465 {
3466
3467         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3468         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
3469                 vm_page_dirty(m);
3470 }
3471
3472 void
3473 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3474 {
3475
3476         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3477 }
3478
3479 void
3480 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3481 {
3482
3483         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3484 }
3485
3486 int
3487 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3488 {
3489
3490         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
3491 }
3492
3493 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
3494 void
3495 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3496 {
3497
3498         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
3499 }
3500
3501 void
3502 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
3503 {
3504
3505         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
3506 }
3507 #endif
3508
3509 #ifdef INVARIANTS
3510 void
3511 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
3512 {
3513
3514         /*
3515          * Certain of the page's fields may only be modified by the
3516          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
3517          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
3518          * not recorded, and thus cannot be checked here.
3519          */
3520         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
3521                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3522 }
3523
3524 void
3525 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits)
3526 {
3527
3528         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
3529                 return;
3530
3531         /*
3532          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
3533          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
3534          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
3535          */
3536         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3537             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
3538         if (!vm_page_xbusied(m))
3539                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3540 }
3541 #endif
3542
3543 #include "opt_ddb.h"
3544 #ifdef DDB
3545 #include <sys/kernel.h>
3546
3547 #include <ddb/ddb.h>
3548
3549 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3550 {
3551
3552         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3553         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_cnt.v_inactive_count);
3554         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_cnt.v_active_count);
3555         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_cnt.v_laundry_count);
3556         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_cnt.v_wire_count);
3557         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
3558         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
3559         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
3560         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
3561 }
3562
3563 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3564 {
3565         int dom;
3566
3567         db_printf("pq_free %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3568         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
3569                 db_printf(
3570     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
3571                     dom,
3572                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
3573                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
3574                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
3575                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
3576                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
3577                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
3578         }
3579 }
3580
3581 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
3582 {
3583         vm_page_t m;
3584         boolean_t phys;
3585
3586         if (!have_addr) {
3587                 db_printf("show pginfo addr\n");
3588                 return;
3589         }
3590
3591         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
3592         if (phys)
3593                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
3594         else
3595                 m = (vm_page_t)addr;
3596         db_printf(
3597     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
3598     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
3599             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
3600             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
3601             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
3602 }
3603 #endif /* DDB */