]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
riscv: Small fix to CPU compatibility identification
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
7  *
8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
9  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
20  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
21  *    without specific prior written permission.
22  *
23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
24  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
25  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
26  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
27  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
28  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
29  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
30  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
31  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
32  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
33  * SUCH DAMAGE.
34  *
35  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
36  */
37
38 /*-
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64
65 /*
66  *      Resident memory management module.
67  */
68
69 #include <sys/cdefs.h>
70 __FBSDID("$FreeBSD$");
71
72 #include "opt_vm.h"
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/lock.h>
77 #include <sys/domainset.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/limits.h>
80 #include <sys/linker.h>
81 #include <sys/malloc.h>
82 #include <sys/mman.h>
83 #include <sys/msgbuf.h>
84 #include <sys/mutex.h>
85 #include <sys/proc.h>
86 #include <sys/rwlock.h>
87 #include <sys/sleepqueue.h>
88 #include <sys/sbuf.h>
89 #include <sys/sched.h>
90 #include <sys/smp.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/vmmeter.h>
93 #include <sys/vnode.h>
94
95 #include <vm/vm.h>
96 #include <vm/pmap.h>
97 #include <vm/vm_param.h>
98 #include <vm/vm_domainset.h>
99 #include <vm/vm_kern.h>
100 #include <vm/vm_map.h>
101 #include <vm/vm_object.h>
102 #include <vm/vm_page.h>
103 #include <vm/vm_pageout.h>
104 #include <vm/vm_phys.h>
105 #include <vm/vm_pagequeue.h>
106 #include <vm/vm_pager.h>
107 #include <vm/vm_radix.h>
108 #include <vm/vm_reserv.h>
109 #include <vm/vm_extern.h>
110 #include <vm/uma.h>
111 #include <vm/uma_int.h>
112
113 #include <machine/md_var.h>
114
115 extern int      uma_startup_count(int);
116 extern void     uma_startup(void *, int);
117 extern int      vmem_startup_count(void);
118
119 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
120
121 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct vm_batchqueue, pqbatch[MAXMEMDOM][PQ_COUNT]);
122
123 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
124
125 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vm_domainset_lock;
126 /* The following fields are protected by the domainset lock. */
127 domainset_t __exclusive_cache_line vm_min_domains;
128 domainset_t __exclusive_cache_line vm_severe_domains;
129 static int vm_min_waiters;
130 static int vm_severe_waiters;
131 static int vm_pageproc_waiters;
132
133 /*
134  * bogus page -- for I/O to/from partially complete buffers,
135  * or for paging into sparsely invalid regions.
136  */
137 vm_page_t bogus_page;
138
139 vm_page_t vm_page_array;
140 long vm_page_array_size;
141 long first_page;
142
143 static int boot_pages;
144 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
145     &boot_pages, 0,
146     "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
147
148 static int pa_tryrelock_restart;
149 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
150     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
151
152 static TAILQ_HEAD(, vm_page) blacklist_head;
153 static int sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
154 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, page_blacklist, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD |
155     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, sysctl_vm_page_blacklist, "A", "Blacklist pages");
156
157 static uma_zone_t fakepg_zone;
158
159 static void vm_page_alloc_check(vm_page_t m);
160 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
161 static void vm_page_dequeue_complete(vm_page_t m);
162 static void vm_page_enqueue(vm_page_t m, uint8_t queue);
163 static void vm_page_init(void *dummy);
164 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
165     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
166 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
167     vm_page_t mpred);
168 static void vm_page_mvqueue(vm_page_t m, uint8_t queue);
169 static int vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages,
170     vm_page_t m_run, vm_paddr_t high);
171 static int vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object,
172     int req);
173 static int vm_page_zone_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain,
174     int flags);
175 static void vm_page_zone_release(void *arg, void **store, int cnt);
176
177 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init, NULL);
178
179 static void
180 vm_page_init(void *dummy)
181 {
182
183         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
184             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM);
185         bogus_page = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ |
186             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED);
187 }
188
189 /*
190  * The cache page zone is initialized later since we need to be able to allocate
191  * pages before UMA is fully initialized.
192  */
193 static void
194 vm_page_init_cache_zones(void *dummy __unused)
195 {
196         struct vm_domain *vmd;
197         struct vm_pgcache *pgcache;
198         int domain, pool;
199
200         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
201                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
202
203                 /*
204                  * Don't allow the page caches to take up more than .25% of
205                  * memory.
206                  */
207                 if (vmd->vmd_page_count / 400 < 256 * mp_ncpus * VM_NFREEPOOL)
208                         continue;
209                 for (pool = 0; pool < VM_NFREEPOOL; pool++) {
210                         pgcache = &vmd->vmd_pgcache[pool];
211                         pgcache->domain = domain;
212                         pgcache->pool = pool;
213                         pgcache->zone = uma_zcache_create("vm pgcache",
214                             sizeof(struct vm_page), NULL, NULL, NULL, NULL,
215                             vm_page_zone_import, vm_page_zone_release, pgcache,
216                             UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_VM);
217                         (void)uma_zone_set_maxcache(pgcache->zone, 0);
218                 }
219         }
220 }
221 SYSINIT(vm_page2, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_ANY, vm_page_init_cache_zones, NULL);
222
223 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
224 #if PAGE_SIZE == 32768
225 #ifdef CTASSERT
226 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
227 #endif
228 #endif
229
230 /*
231  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
232  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
233  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
234  * the virtual to physical mapping has changed.
235  */
236 int
237 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
238 {
239         vm_paddr_t lockpa;
240
241         lockpa = *locked;
242         *locked = pa;
243         if (lockpa) {
244                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
245                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
246                         return (0);
247                 PA_UNLOCK(lockpa);
248         }
249         if (PA_TRYLOCK(pa))
250                 return (0);
251         PMAP_UNLOCK(pmap);
252         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
253         PA_LOCK(pa);
254         PMAP_LOCK(pmap);
255         return (EAGAIN);
256 }
257
258 /*
259  *      vm_set_page_size:
260  *
261  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
262  *      size.  Must be called before any use of page-size
263  *      dependent functions.
264  */
265 void
266 vm_set_page_size(void)
267 {
268         if (vm_cnt.v_page_size == 0)
269                 vm_cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
270         if (((vm_cnt.v_page_size - 1) & vm_cnt.v_page_size) != 0)
271                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
272 }
273
274 /*
275  *      vm_page_blacklist_next:
276  *
277  *      Find the next entry in the provided string of blacklist
278  *      addresses.  Entries are separated by space, comma, or newline.
279  *      If an invalid integer is encountered then the rest of the
280  *      string is skipped.  Updates the list pointer to the next
281  *      character, or NULL if the string is exhausted or invalid.
282  */
283 static vm_paddr_t
284 vm_page_blacklist_next(char **list, char *end)
285 {
286         vm_paddr_t bad;
287         char *cp, *pos;
288
289         if (list == NULL || *list == NULL)
290                 return (0);
291         if (**list =='\0') {
292                 *list = NULL;
293                 return (0);
294         }
295
296         /*
297          * If there's no end pointer then the buffer is coming from
298          * the kenv and we know it's null-terminated.
299          */
300         if (end == NULL)
301                 end = *list + strlen(*list);
302
303         /* Ensure that strtoq() won't walk off the end */
304         if (*end != '\0') {
305                 if (*end == '\n' || *end == ' ' || *end  == ',')
306                         *end = '\0';
307                 else {
308                         printf("Blacklist not terminated, skipping\n");
309                         *list = NULL;
310                         return (0);
311                 }
312         }
313
314         for (pos = *list; *pos != '\0'; pos = cp) {
315                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
316                 if (*cp == '\0' || *cp == ' ' || *cp == ',' || *cp == '\n') {
317                         if (bad == 0) {
318                                 if (++cp < end)
319                                         continue;
320                                 else
321                                         break;
322                         }
323                 } else
324                         break;
325                 if (*cp == '\0' || ++cp >= end)
326                         *list = NULL;
327                 else
328                         *list = cp;
329                 return (trunc_page(bad));
330         }
331         printf("Garbage in RAM blacklist, skipping\n");
332         *list = NULL;
333         return (0);
334 }
335
336 bool
337 vm_page_blacklist_add(vm_paddr_t pa, bool verbose)
338 {
339         struct vm_domain *vmd;
340         vm_page_t m;
341         int ret;
342
343         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
344         if (m == NULL)
345                 return (true); /* page does not exist, no failure */
346
347         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
348         vm_domain_free_lock(vmd);
349         ret = vm_phys_unfree_page(m);
350         vm_domain_free_unlock(vmd);
351         if (ret != 0) {
352                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, -1);
353                 TAILQ_INSERT_TAIL(&blacklist_head, m, listq);
354                 if (verbose)
355                         printf("Skipping page with pa 0x%jx\n", (uintmax_t)pa);
356         }
357         return (ret);
358 }
359
360 /*
361  *      vm_page_blacklist_check:
362  *
363  *      Iterate through the provided string of blacklist addresses, pulling
364  *      each entry out of the physical allocator free list and putting it
365  *      onto a list for reporting via the vm.page_blacklist sysctl.
366  */
367 static void
368 vm_page_blacklist_check(char *list, char *end)
369 {
370         vm_paddr_t pa;
371         char *next;
372
373         next = list;
374         while (next != NULL) {
375                 if ((pa = vm_page_blacklist_next(&next, end)) == 0)
376                         continue;
377                 vm_page_blacklist_add(pa, bootverbose);
378         }
379 }
380
381 /*
382  *      vm_page_blacklist_load:
383  *
384  *      Search for a special module named "ram_blacklist".  It'll be a
385  *      plain text file provided by the user via the loader directive
386  *      of the same name.
387  */
388 static void
389 vm_page_blacklist_load(char **list, char **end)
390 {
391         void *mod;
392         u_char *ptr;
393         u_int len;
394
395         mod = NULL;
396         ptr = NULL;
397
398         mod = preload_search_by_type("ram_blacklist");
399         if (mod != NULL) {
400                 ptr = preload_fetch_addr(mod);
401                 len = preload_fetch_size(mod);
402         }
403         *list = ptr;
404         if (ptr != NULL)
405                 *end = ptr + len;
406         else
407                 *end = NULL;
408         return;
409 }
410
411 static int
412 sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
413 {
414         vm_page_t m;
415         struct sbuf sbuf;
416         int error, first;
417
418         first = 1;
419         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
420         if (error != 0)
421                 return (error);
422         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
423         TAILQ_FOREACH(m, &blacklist_head, listq) {
424                 sbuf_printf(&sbuf, "%s%#jx", first ? "" : ",",
425                     (uintmax_t)m->phys_addr);
426                 first = 0;
427         }
428         error = sbuf_finish(&sbuf);
429         sbuf_delete(&sbuf);
430         return (error);
431 }
432
433 /*
434  * Initialize a dummy page for use in scans of the specified paging queue.
435  * In principle, this function only needs to set the flag PG_MARKER.
436  * Nonetheless, it write busies the page as a safety precaution.
437  */
438 static void
439 vm_page_init_marker(vm_page_t marker, int queue, uint8_t aflags)
440 {
441
442         bzero(marker, sizeof(*marker));
443         marker->flags = PG_MARKER;
444         marker->aflags = aflags;
445         marker->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
446         marker->queue = queue;
447 }
448
449 static void
450 vm_page_domain_init(int domain)
451 {
452         struct vm_domain *vmd;
453         struct vm_pagequeue *pq;
454         int i;
455
456         vmd = VM_DOMAIN(domain);
457         bzero(vmd, sizeof(*vmd));
458         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
459             "vm inactive pagequeue";
460         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
461             "vm active pagequeue";
462         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_name) =
463             "vm laundry pagequeue";
464         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_name) =
465             "vm unswappable pagequeue";
466         vmd->vmd_domain = domain;
467         vmd->vmd_page_count = 0;
468         vmd->vmd_free_count = 0;
469         vmd->vmd_segs = 0;
470         vmd->vmd_oom = FALSE;
471         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
472                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
473                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
474                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
475                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
476                 pq->pq_pdpages = 0;
477                 vm_page_init_marker(&vmd->vmd_markers[i], i, 0);
478         }
479         mtx_init(&vmd->vmd_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
480         mtx_init(&vmd->vmd_pageout_mtx, "vm pageout lock", NULL, MTX_DEF);
481         snprintf(vmd->vmd_name, sizeof(vmd->vmd_name), "%d", domain);
482
483         /*
484          * inacthead is used to provide FIFO ordering for LRU-bypassing
485          * insertions.
486          */
487         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_inacthead, PQ_INACTIVE, PGA_ENQUEUED);
488         TAILQ_INSERT_HEAD(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_pl,
489             &vmd->vmd_inacthead, plinks.q);
490
491         /*
492          * The clock pages are used to implement active queue scanning without
493          * requeues.  Scans start at clock[0], which is advanced after the scan
494          * ends.  When the two clock hands meet, they are reset and scanning
495          * resumes from the head of the queue.
496          */
497         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_clock[0], PQ_ACTIVE, PGA_ENQUEUED);
498         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_clock[1], PQ_ACTIVE, PGA_ENQUEUED);
499         TAILQ_INSERT_HEAD(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_pl,
500             &vmd->vmd_clock[0], plinks.q);
501         TAILQ_INSERT_TAIL(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_pl,
502             &vmd->vmd_clock[1], plinks.q);
503 }
504
505 /*
506  * Initialize a physical page in preparation for adding it to the free
507  * lists.
508  */
509 static void
510 vm_page_init_page(vm_page_t m, vm_paddr_t pa, int segind)
511 {
512
513         m->object = NULL;
514         m->ref_count = 0;
515         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
516         m->flags = m->aflags = 0;
517         m->phys_addr = pa;
518         m->queue = PQ_NONE;
519         m->psind = 0;
520         m->segind = segind;
521         m->order = VM_NFREEORDER;
522         m->pool = VM_FREEPOOL_DEFAULT;
523         m->valid = m->dirty = 0;
524         pmap_page_init(m);
525 }
526
527 #ifndef PMAP_HAS_PAGE_ARRAY
528 static vm_paddr_t
529 vm_page_array_alloc(vm_offset_t *vaddr, vm_paddr_t end, vm_paddr_t page_range)
530 {
531         vm_paddr_t new_end;
532
533         /*
534          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
535          * However, because this page is allocated from KVM, out-of-bounds
536          * accesses using the direct map will not be trapped.
537          */
538         *vaddr += PAGE_SIZE;
539
540         /*
541          * Allocate physical memory for the page structures, and map it.
542          */
543         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
544         vm_page_array = (vm_page_t)pmap_map(vaddr, new_end, end,
545             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
546         vm_page_array_size = page_range;
547
548         return (new_end);
549 }
550 #endif
551
552 /*
553  *      vm_page_startup:
554  *
555  *      Initializes the resident memory module.  Allocates physical memory for
556  *      bootstrapping UMA and some data structures that are used to manage
557  *      physical pages.  Initializes these structures, and populates the free
558  *      page queues.
559  */
560 vm_offset_t
561 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
562 {
563         struct vm_phys_seg *seg;
564         vm_page_t m;
565         char *list, *listend;
566         vm_offset_t mapped;
567         vm_paddr_t end, high_avail, low_avail, new_end, page_range, size;
568         vm_paddr_t last_pa, pa;
569         u_long pagecount;
570         int biggestone, i, segind;
571 #ifdef WITNESS
572         int witness_size;
573 #endif
574 #if defined(__i386__) && defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
575         long ii;
576 #endif
577
578         vaddr = round_page(vaddr);
579
580         vm_phys_early_startup();
581         biggestone = vm_phys_avail_largest();
582         end = phys_avail[biggestone+1];
583
584         /*
585          * Initialize the page and queue locks.
586          */
587         mtx_init(&vm_domainset_lock, "vm domainset lock", NULL, MTX_DEF);
588         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
589                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
590         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
591                 vm_page_domain_init(i);
592
593         /*
594          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
595          * allocator.  Tell UMA how many zones we are going to create
596          * before going fully functional.  UMA will add its zones.
597          *
598          * VM startup zones: vmem, vmem_btag, VM OBJECT, RADIX NODE, MAP,
599          * KMAP ENTRY, MAP ENTRY, VMSPACE.
600          */
601         boot_pages = uma_startup_count(8);
602
603 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
604         /* vmem_startup() calls uma_prealloc(). */
605         boot_pages += vmem_startup_count();
606         /* vm_map_startup() calls uma_prealloc(). */
607         boot_pages += howmany(MAX_KMAP,
608             UMA_SLAB_SPACE / sizeof(struct vm_map));
609
610         /*
611          * Before going fully functional kmem_init() does allocation
612          * from "KMAP ENTRY" and vmem_create() does allocation from "vmem".
613          */
614         boot_pages += 2;
615 #endif
616         /*
617          * CTFLAG_RDTUN doesn't work during the early boot process, so we must
618          * manually fetch the value.
619          */
620         TUNABLE_INT_FETCH("vm.boot_pages", &boot_pages);
621         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
622         new_end = trunc_page(new_end);
623         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
624             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
625         bzero((void *)mapped, end - new_end);
626         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
627
628 #ifdef WITNESS
629         witness_size = round_page(witness_startup_count());
630         new_end -= witness_size;
631         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, new_end + witness_size,
632             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
633         bzero((void *)mapped, witness_size);
634         witness_startup((void *)mapped);
635 #endif
636
637 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__arm__) || \
638     defined(__i386__) || defined(__mips__) || defined(__riscv)
639         /*
640          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
641          * needs to be included in a minidump.
642          *
643          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
644          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
645          *
646          * However, i386 still needs this workspace internally within the
647          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
648          * included should the sf_buf code decide to use them.
649          */
650         last_pa = 0;
651         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
652                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
653                         last_pa = dump_avail[i + 1];
654         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
655         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
656         new_end -= vm_page_dump_size;
657         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
658             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
659         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
660 #else
661         (void)last_pa;
662 #endif
663 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
664     defined(__riscv)
665         /*
666          * Include the UMA bootstrap pages, witness pages and vm_page_dump
667          * in a crash dump.  When pmap_map() uses the direct map, they are
668          * not automatically included.
669          */
670         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
671                 dump_add_page(pa);
672 #endif
673         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
674 #ifdef __amd64__
675         /*
676          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
677          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
678          * through the direct map, they are not automatically included.
679          */
680         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
681         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
682         while (pa < last_pa) {
683                 dump_add_page(pa);
684                 pa += PAGE_SIZE;
685         }
686 #endif
687         /*
688          * Compute the number of pages of memory that will be available for
689          * use, taking into account the overhead of a page structure per page.
690          * In other words, solve
691          *      "available physical memory" - round_page(page_range *
692          *          sizeof(struct vm_page)) = page_range * PAGE_SIZE 
693          * for page_range.  
694          */
695         low_avail = phys_avail[0];
696         high_avail = phys_avail[1];
697         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
698                 if (vm_phys_segs[i].start < low_avail)
699                         low_avail = vm_phys_segs[i].start;
700                 if (vm_phys_segs[i].end > high_avail)
701                         high_avail = vm_phys_segs[i].end;
702         }
703         /* Skip the first chunk.  It is already accounted for. */
704         for (i = 2; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
705                 if (phys_avail[i] < low_avail)
706                         low_avail = phys_avail[i];
707                 if (phys_avail[i + 1] > high_avail)
708                         high_avail = phys_avail[i + 1];
709         }
710         first_page = low_avail / PAGE_SIZE;
711 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
712         size = 0;
713         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++)
714                 size += vm_phys_segs[i].end - vm_phys_segs[i].start;
715         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
716                 size += phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
717 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
718         size = high_avail - low_avail;
719 #else
720 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
721 #endif
722
723 #ifdef PMAP_HAS_PAGE_ARRAY
724         pmap_page_array_startup(size / PAGE_SIZE);
725         biggestone = vm_phys_avail_largest();
726         end = new_end = phys_avail[biggestone + 1];
727 #else
728 #ifdef VM_PHYSSEG_DENSE
729         /*
730          * In the VM_PHYSSEG_DENSE case, the number of pages can account for
731          * the overhead of a page structure per page only if vm_page_array is
732          * allocated from the last physical memory chunk.  Otherwise, we must
733          * allocate page structures representing the physical memory
734          * underlying vm_page_array, even though they will not be used.
735          */
736         if (new_end != high_avail)
737                 page_range = size / PAGE_SIZE;
738         else
739 #endif
740         {
741                 page_range = size / (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page));
742
743                 /*
744                  * If the partial bytes remaining are large enough for
745                  * a page (PAGE_SIZE) without a corresponding
746                  * 'struct vm_page', then new_end will contain an
747                  * extra page after subtracting the length of the VM
748                  * page array.  Compensate by subtracting an extra
749                  * page from new_end.
750                  */
751                 if (size % (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page)) >= PAGE_SIZE) {
752                         if (new_end == high_avail)
753                                 high_avail -= PAGE_SIZE;
754                         new_end -= PAGE_SIZE;
755                 }
756         }
757         end = new_end;
758         new_end = vm_page_array_alloc(&vaddr, end, page_range);
759 #endif
760
761 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
762         /*
763          * Allocate physical memory for the reservation management system's
764          * data structures, and map it.
765          */
766         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end);
767 #endif
768 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
769     defined(__riscv)
770         /*
771          * Include vm_page_array and vm_reserv_array in a crash dump.
772          */
773         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
774                 dump_add_page(pa);
775 #endif
776         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
777
778         /*
779          * Add physical memory segments corresponding to the available
780          * physical pages.
781          */
782         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
783                 if (vm_phys_avail_size(i) != 0)
784                         vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
785
786         /*
787          * Initialize the physical memory allocator.
788          */
789         vm_phys_init();
790
791         /*
792          * Initialize the page structures and add every available page to the
793          * physical memory allocator's free lists.
794          */
795 #if defined(__i386__) && defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
796         for (ii = 0; ii < vm_page_array_size; ii++) {
797                 m = &vm_page_array[ii];
798                 vm_page_init_page(m, (first_page + ii) << PAGE_SHIFT, 0);
799                 m->flags = PG_FICTITIOUS;
800         }
801 #endif
802         vm_cnt.v_page_count = 0;
803         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
804                 seg = &vm_phys_segs[segind];
805                 for (m = seg->first_page, pa = seg->start; pa < seg->end;
806                     m++, pa += PAGE_SIZE)
807                         vm_page_init_page(m, pa, segind);
808
809                 /*
810                  * Add the segment to the free lists only if it is covered by
811                  * one of the ranges in phys_avail.  Because we've added the
812                  * ranges to the vm_phys_segs array, we can assume that each
813                  * segment is either entirely contained in one of the ranges,
814                  * or doesn't overlap any of them.
815                  */
816                 for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
817                         struct vm_domain *vmd;
818
819                         if (seg->start < phys_avail[i] ||
820                             seg->end > phys_avail[i + 1])
821                                 continue;
822
823                         m = seg->first_page;
824                         pagecount = (u_long)atop(seg->end - seg->start);
825
826                         vmd = VM_DOMAIN(seg->domain);
827                         vm_domain_free_lock(vmd);
828                         vm_phys_enqueue_contig(m, pagecount);
829                         vm_domain_free_unlock(vmd);
830                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, pagecount);
831                         vm_cnt.v_page_count += (u_int)pagecount;
832
833                         vmd = VM_DOMAIN(seg->domain);
834                         vmd->vmd_page_count += (u_int)pagecount;
835                         vmd->vmd_segs |= 1UL << m->segind;
836                         break;
837                 }
838         }
839
840         /*
841          * Remove blacklisted pages from the physical memory allocator.
842          */
843         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
844         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
845         vm_page_blacklist_check(list, listend);
846
847         list = kern_getenv("vm.blacklist");
848         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
849
850         freeenv(list);
851 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
852         /*
853          * Initialize the reservation management system.
854          */
855         vm_reserv_init();
856 #endif
857
858         return (vaddr);
859 }
860
861 void
862 vm_page_reference(vm_page_t m)
863 {
864
865         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
866 }
867
868 /*
869  *      vm_page_busy_acquire:
870  *
871  *      Acquire the busy lock as described by VM_ALLOC_* flags.  Will loop
872  *      and drop the object lock if necessary.
873  */
874 int
875 vm_page_busy_acquire(vm_page_t m, int allocflags)
876 {
877         vm_object_t obj;
878         u_int x;
879         bool locked;
880
881         /*
882          * The page-specific object must be cached because page
883          * identity can change during the sleep, causing the
884          * re-lock of a different object.
885          * It is assumed that a reference to the object is already
886          * held by the callers.
887          */
888         obj = m->object;
889         for (;;) {
890                 if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) {
891                         if (vm_page_tryxbusy(m))
892                                 return (TRUE);
893                 } else {
894                         if (vm_page_trysbusy(m))
895                                 return (TRUE);
896                 }
897                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
898                         return (FALSE);
899                 if (obj != NULL) {
900                         locked = VM_OBJECT_WOWNED(obj);
901                 } else {
902                         MPASS(vm_page_wired(m));
903                         locked = FALSE;
904                 }
905                 sleepq_lock(m);
906                 x = m->busy_lock;
907                 if (x == VPB_UNBUSIED ||
908                     ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0 &&
909                     (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
910                     ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
911                     !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
912                     x | VPB_BIT_WAITERS))) {
913                         sleepq_release(m);
914                         continue;
915                 }
916                 if (locked)
917                         VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
918                 sleepq_add(m, NULL, "vmpba", 0, 0);
919                 sleepq_wait(m, PVM);
920                 if (locked)
921                         VM_OBJECT_WLOCK(obj);
922                 MPASS(m->object == obj || m->object == NULL);
923                 if ((allocflags & VM_ALLOC_WAITFAIL) != 0)
924                         return (FALSE);
925         }
926 }
927
928 /*
929  *      vm_page_busy_downgrade:
930  *
931  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
932  */
933 void
934 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
935 {
936         u_int x;
937
938         vm_page_assert_xbusied(m);
939
940         x = m->busy_lock;
941         for (;;) {
942                 if (atomic_fcmpset_rel_int(&m->busy_lock,
943                     &x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
944                         break;
945         }
946         if ((x & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
947                 wakeup(m);
948 }
949
950 /*
951  *      vm_page_sbusied:
952  *
953  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
954  */
955 int
956 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
957 {
958         u_int x;
959
960         x = m->busy_lock;
961         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
962 }
963
964 /*
965  *      vm_page_sunbusy:
966  *
967  *      Shared unbusy a page.
968  */
969 void
970 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
971 {
972         u_int x;
973
974         vm_page_assert_sbusied(m);
975
976         x = m->busy_lock;
977         for (;;) {
978                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
979                         if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_lock, &x,
980                             x - VPB_ONE_SHARER))
981                                 break;
982                         continue;
983                 }
984                 KASSERT((x & ~VPB_BIT_WAITERS) == VPB_SHARERS_WORD(1),
985                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
986                 if (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->busy_lock, &x, VPB_UNBUSIED))
987                         continue;
988                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
989                         break;
990                 wakeup(m);
991                 break;
992         }
993 }
994
995 /*
996  *      vm_page_busy_sleep:
997  *
998  *      Sleep if the page is busy, using the page pointer as wchan.
999  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
1000  *
1001  *      If nonshared is true, sleep only if the page is xbusy.
1002  *
1003  *      The object lock must be held on entry and will be released on exit.
1004  */
1005 void
1006 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, bool nonshared)
1007 {
1008         vm_object_t obj;
1009         u_int x;
1010
1011         obj = m->object;
1012         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1013         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(obj);
1014
1015         sleepq_lock(m);
1016         x = m->busy_lock;
1017         if (x == VPB_UNBUSIED || (nonshared && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
1018             ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
1019             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS))) {
1020                 VM_OBJECT_DROP(obj);
1021                 sleepq_release(m);
1022                 return;
1023         }
1024         VM_OBJECT_DROP(obj);
1025         sleepq_add(m, NULL, wmesg, 0, 0);
1026         sleepq_wait(m, PVM);
1027 }
1028
1029 /*
1030  *      vm_page_trysbusy:
1031  *
1032  *      Try to shared busy a page.
1033  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
1034  *      The operation never sleeps.
1035  */
1036 int
1037 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
1038 {
1039         u_int x;
1040
1041         x = m->busy_lock;
1042         for (;;) {
1043                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
1044                         return (0);
1045                 if (atomic_fcmpset_acq_int(&m->busy_lock, &x,
1046                     x + VPB_ONE_SHARER))
1047                         return (1);
1048         }
1049 }
1050
1051 /*
1052  *      vm_page_xunbusy_hard:
1053  *
1054  *      Called when unbusy has failed because there is a waiter.
1055  */
1056 void
1057 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
1058 {
1059
1060         vm_page_assert_xbusied(m);
1061
1062         /*
1063          * Wake the waiter.
1064          */
1065         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
1066         wakeup(m);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
1071  */
1072 void
1073 vm_page_change_lock(vm_page_t m, struct mtx **mtx)
1074 {
1075         struct mtx *mtx1;
1076
1077         mtx1 = vm_page_lockptr(m);
1078         if (*mtx == mtx1)
1079                 return;
1080         if (*mtx != NULL)
1081                 mtx_unlock(*mtx);
1082         *mtx = mtx1;
1083         mtx_lock(mtx1);
1084 }
1085
1086 /*
1087  *      vm_page_unhold_pages:
1088  *
1089  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
1090  */
1091 void
1092 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
1093 {
1094
1095         for (; count != 0; count--) {
1096                 vm_page_unwire(*ma, PQ_ACTIVE);
1097                 ma++;
1098         }
1099 }
1100
1101 vm_page_t
1102 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
1103 {
1104         vm_page_t m;
1105
1106 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
1107         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
1108         if (m == NULL)
1109                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
1110         return (m);
1111 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
1112         long pi;
1113
1114         pi = atop(pa);
1115         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
1116                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
1117                 return (m);
1118         }
1119         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
1120 #else
1121 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
1122 #endif
1123 }
1124
1125 /*
1126  *      vm_page_getfake:
1127  *
1128  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1129  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1130  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1131  */
1132 vm_page_t
1133 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1134 {
1135         vm_page_t m;
1136
1137         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1138         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
1139         return (m);
1140 }
1141
1142 void
1143 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1144 {
1145
1146         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1147                 /*
1148                  * The page's memattr might have changed since the
1149                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1150                  * new memattr.
1151                  */
1152                 goto memattr;
1153         }
1154         m->phys_addr = paddr;
1155         m->queue = PQ_NONE;
1156         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1157         m->flags = PG_FICTITIOUS;
1158         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1159         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1160         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1161         /* Fictitious pages are unevictable. */
1162         m->ref_count = 1;
1163         pmap_page_init(m);
1164 memattr:
1165         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1166 }
1167
1168 /*
1169  *      vm_page_putfake:
1170  *
1171  *      Release a fictitious page.
1172  */
1173 void
1174 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1175 {
1176
1177         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1178         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1179             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1180         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1181 }
1182
1183 /*
1184  *      vm_page_updatefake:
1185  *
1186  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1187  *      memory attribute.
1188  */
1189 void
1190 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1191 {
1192
1193         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1194             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1195         m->phys_addr = paddr;
1196         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1197 }
1198
1199 /*
1200  *      vm_page_free:
1201  *
1202  *      Free a page.
1203  */
1204 void
1205 vm_page_free(vm_page_t m)
1206 {
1207
1208         m->flags &= ~PG_ZERO;
1209         vm_page_free_toq(m);
1210 }
1211
1212 /*
1213  *      vm_page_free_zero:
1214  *
1215  *      Free a page to the zerod-pages queue
1216  */
1217 void
1218 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1219 {
1220
1221         m->flags |= PG_ZERO;
1222         vm_page_free_toq(m);
1223 }
1224
1225 /*
1226  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1227  * was optionally read ahead or behind.
1228  */
1229 void
1230 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1231 {
1232
1233         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1234         KASSERT(m->valid != 0, ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1235
1236         /*
1237          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1238          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1239          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1240          * unless the page is wanted by another thread.
1241          */
1242         vm_page_lock(m);
1243         if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1244                 vm_page_activate(m);
1245         else
1246                 vm_page_deactivate(m);
1247         vm_page_unlock(m);
1248         vm_page_xunbusy(m);
1249 }
1250
1251 /*
1252  *      vm_page_sleep_if_busy:
1253  *
1254  *      Sleep and release the object lock if the page is busied.
1255  *      Returns TRUE if the thread slept.
1256  *
1257  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1258  *      be locked.
1259  */
1260 int
1261 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
1262 {
1263         vm_object_t obj;
1264
1265         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1266         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1267
1268         if (vm_page_busied(m)) {
1269                 /*
1270                  * The page-specific object must be cached because page
1271                  * identity can change during the sleep, causing the
1272                  * re-lock of a different object.
1273                  * It is assumed that a reference to the object is already
1274                  * held by the callers.
1275                  */
1276                 obj = m->object;
1277                 vm_page_busy_sleep(m, msg, false);
1278                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1279                 return (TRUE);
1280         }
1281         return (FALSE);
1282 }
1283
1284 /*
1285  *      vm_page_sleep_if_xbusy:
1286  *
1287  *      Sleep and release the object lock if the page is xbusied.
1288  *      Returns TRUE if the thread slept.
1289  *
1290  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1291  *      be locked.
1292  */
1293 int
1294 vm_page_sleep_if_xbusy(vm_page_t m, const char *msg)
1295 {
1296         vm_object_t obj;
1297
1298         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1299         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1300
1301         if (vm_page_xbusied(m)) {
1302                 /*
1303                  * The page-specific object must be cached because page
1304                  * identity can change during the sleep, causing the
1305                  * re-lock of a different object.
1306                  * It is assumed that a reference to the object is already
1307                  * held by the callers.
1308                  */
1309                 obj = m->object;
1310                 vm_page_busy_sleep(m, msg, true);
1311                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1312                 return (TRUE);
1313         }
1314         return (FALSE);
1315 }
1316
1317 /*
1318  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1319  *
1320  *      Set all bits in the page's dirty field.
1321  *
1322  *      The object containing the specified page must be locked if the
1323  *      call is made from the machine-independent layer.
1324  *
1325  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1326  *
1327  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1328  */
1329 void
1330 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1331 {
1332
1333         /* Refer to this operation by its public name. */
1334         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
1335             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1336         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1337 }
1338
1339 /*
1340  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1341  *
1342  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1343  *
1344  *      The object must be locked.
1345  */
1346 int
1347 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1348 {
1349         vm_page_t mpred;
1350
1351         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1352         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1353         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1354 }
1355
1356 /*
1357  *      vm_page_insert_after:
1358  *
1359  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1360  *
1361  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1362  *      the specified object.
1363  *
1364  *      The object must be locked.
1365  */
1366 static int
1367 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1368     vm_page_t mpred)
1369 {
1370         vm_page_t msucc;
1371
1372         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1373         KASSERT(m->object == NULL,
1374             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1375         if (mpred != NULL) {
1376                 KASSERT(mpred->object == object,
1377                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1378                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1379                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1380                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1381         } else
1382                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1383         if (msucc != NULL)
1384                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1385                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1386
1387         /*
1388          * Record the object/offset pair in this page.
1389          */
1390         m->object = object;
1391         m->pindex = pindex;
1392         m->ref_count |= VPRC_OBJREF;
1393
1394         /*
1395          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1396          */
1397         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1398                 m->object = NULL;
1399                 m->pindex = 0;
1400                 m->ref_count &= ~VPRC_OBJREF;
1401                 return (1);
1402         }
1403         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1404         return (0);
1405 }
1406
1407 /*
1408  *      vm_page_insert_radixdone:
1409  *
1410  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1411  *      radix trie hooking.
1412  *
1413  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1414  *      specified object.
1415  *
1416  *      The object must be locked.
1417  */
1418 static void
1419 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1420 {
1421
1422         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1423         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1424             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1425         KASSERT((m->ref_count & VPRC_OBJREF) != 0,
1426             ("vm_page_insert_radixdone: page %p is missing object ref", m));
1427         if (mpred != NULL) {
1428                 KASSERT(mpred->object == object,
1429                     ("vm_page_insert_radixdone: object doesn't contain mpred"));
1430                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1431                     ("vm_page_insert_radixdone: mpred doesn't precede pindex"));
1432         }
1433
1434         if (mpred != NULL)
1435                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1436         else
1437                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1438
1439         /*
1440          * Show that the object has one more resident page.
1441          */
1442         object->resident_page_count++;
1443
1444         /*
1445          * Hold the vnode until the last page is released.
1446          */
1447         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1448                 vhold(object->handle);
1449
1450         /*
1451          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1452          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1453          */
1454         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1455                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1456 }
1457
1458 /*
1459  * Do the work to remove a page from its object.  The caller is responsible for
1460  * updating the page's fields to reflect this removal.
1461  */
1462 static void
1463 vm_page_object_remove(vm_page_t m)
1464 {
1465         vm_object_t object;
1466         vm_page_t mrem;
1467
1468         object = m->object;
1469         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1470         KASSERT((m->ref_count & VPRC_OBJREF) != 0,
1471             ("page %p is missing its object ref", m));
1472         if (vm_page_xbusied(m))
1473                 vm_page_xunbusy(m);
1474         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1475         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1476
1477         /*
1478          * Now remove from the object's list of backed pages.
1479          */
1480         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1481
1482         /*
1483          * And show that the object has one fewer resident page.
1484          */
1485         object->resident_page_count--;
1486
1487         /*
1488          * The vnode may now be recycled.
1489          */
1490         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1491                 vdrop(object->handle);
1492 }
1493
1494 /*
1495  *      vm_page_remove:
1496  *
1497  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1498  *      invalidate any backing storage.  Returns true if the object's reference
1499  *      was the last reference to the page, and false otherwise.
1500  *
1501  *      The object must be locked.
1502  */
1503 bool
1504 vm_page_remove(vm_page_t m)
1505 {
1506
1507         vm_page_object_remove(m);
1508         m->object = NULL;
1509         return (vm_page_drop(m, VPRC_OBJREF) == VPRC_OBJREF);
1510 }
1511
1512 /*
1513  *      vm_page_lookup:
1514  *
1515  *      Returns the page associated with the object/offset
1516  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1517  *
1518  *      The object must be locked.
1519  */
1520 vm_page_t
1521 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1522 {
1523
1524         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1525         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1526 }
1527
1528 /*
1529  *      vm_page_find_least:
1530  *
1531  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1532  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1533  *
1534  *      The object must be locked.
1535  */
1536 vm_page_t
1537 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1538 {
1539         vm_page_t m;
1540
1541         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1542         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1543                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1544         return (m);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1549  * resident; if none is found, NULL is returned.
1550  *
1551  * The object must be locked.
1552  */
1553 vm_page_t
1554 vm_page_next(vm_page_t m)
1555 {
1556         vm_page_t next;
1557
1558         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1559         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1560                 MPASS(next->object == m->object);
1561                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1562                         next = NULL;
1563         }
1564         return (next);
1565 }
1566
1567 /*
1568  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1569  * resident; if none is found, NULL is returned.
1570  *
1571  * The object must be locked.
1572  */
1573 vm_page_t
1574 vm_page_prev(vm_page_t m)
1575 {
1576         vm_page_t prev;
1577
1578         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1579         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1580                 MPASS(prev->object == m->object);
1581                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1582                         prev = NULL;
1583         }
1584         return (prev);
1585 }
1586
1587 /*
1588  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1589  * pindex which must be already present in the object.
1590  */
1591 vm_page_t
1592 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1593 {
1594         vm_page_t mold;
1595
1596         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1597         KASSERT(mnew->object == NULL && (mnew->ref_count & VPRC_OBJREF) == 0,
1598             ("vm_page_replace: page %p already in object", mnew));
1599
1600         /*
1601          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1602          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1603          * dance.  Double check such functions for more comments.
1604          */
1605
1606         mnew->object = object;
1607         mnew->pindex = pindex;
1608         atomic_set_int(&mnew->ref_count, VPRC_OBJREF);
1609         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1610         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1611             ("vm_page_replace: old page %p is on a paging queue", mold));
1612
1613         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1614         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1615         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1616
1617         mold->object = NULL;
1618         atomic_clear_int(&mold->ref_count, VPRC_OBJREF);
1619         vm_page_xunbusy(mold);
1620
1621         /*
1622          * The object's resident_page_count does not change because we have
1623          * swapped one page for another, but OBJ_MIGHTBEDIRTY.
1624          */
1625         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1626                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1627         return (mold);
1628 }
1629
1630 /*
1631  *      vm_page_rename:
1632  *
1633  *      Move the given memory entry from its
1634  *      current object to the specified target object/offset.
1635  *
1636  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1637  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1638  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1639  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1640  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1641  *
1642  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1643  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1644  *            swap.
1645  *
1646  *      The objects must be locked.
1647  */
1648 int
1649 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1650 {
1651         vm_page_t mpred;
1652         vm_pindex_t opidx;
1653
1654         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1655
1656         KASSERT(m->ref_count != 0, ("vm_page_rename: page %p has no refs", m));
1657         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1658         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1659             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1660
1661         /*
1662          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1663          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1664          * function.
1665          */
1666         opidx = m->pindex;
1667         m->pindex = new_pindex;
1668         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1669                 m->pindex = opidx;
1670                 return (1);
1671         }
1672
1673         /*
1674          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1675          * the listq iterator is tainted.
1676          */
1677         m->pindex = opidx;
1678         vm_page_object_remove(m);
1679
1680         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1681         m->pindex = new_pindex;
1682         m->object = new_object;
1683
1684         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1685         vm_page_dirty(m);
1686         return (0);
1687 }
1688
1689 /*
1690  *      vm_page_alloc:
1691  *
1692  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1693  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1694  *
1695  *      The caller must always specify an allocation class.
1696  *
1697  *      allocation classes:
1698  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1699  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1700  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1701  *
1702  *      optional allocation flags:
1703  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1704  *                              intends to allocate
1705  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1706  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1707  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1708  *                              should not be exclusive busy
1709  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1710  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1711  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1712  */
1713 vm_page_t
1714 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1715 {
1716
1717         return (vm_page_alloc_after(object, pindex, req, object != NULL ?
1718             vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) : NULL));
1719 }
1720
1721 vm_page_t
1722 vm_page_alloc_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1723     int req)
1724 {
1725
1726         return (vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1727             object != NULL ? vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) :
1728             NULL));
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Allocate a page in the specified object with the given page index.  To
1733  * optimize insertion of the page into the object, the caller must also specifiy
1734  * the resident page in the object with largest index smaller than the given
1735  * page index, or NULL if no such page exists.
1736  */
1737 vm_page_t
1738 vm_page_alloc_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1739     int req, vm_page_t mpred)
1740 {
1741         struct vm_domainset_iter di;
1742         vm_page_t m;
1743         int domain;
1744
1745         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, pindex, &domain, &req);
1746         do {
1747                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1748                     mpred);
1749                 if (m != NULL)
1750                         break;
1751         } while (vm_domainset_iter_page(&di, object, &domain) == 0);
1752
1753         return (m);
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Returns true if the number of free pages exceeds the minimum
1758  * for the request class and false otherwise.
1759  */
1760 int
1761 vm_domain_allocate(struct vm_domain *vmd, int req, int npages)
1762 {
1763         u_int limit, old, new;
1764
1765         req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1766
1767         /*
1768          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1769          */
1770         if (curproc == pageproc && req != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1771                 req = VM_ALLOC_SYSTEM;
1772         if (req == VM_ALLOC_INTERRUPT)
1773                 limit = 0;
1774         else if (req == VM_ALLOC_SYSTEM)
1775                 limit = vmd->vmd_interrupt_free_min;
1776         else
1777                 limit = vmd->vmd_free_reserved;
1778
1779         /*
1780          * Attempt to reserve the pages.  Fail if we're below the limit.
1781          */
1782         limit += npages;
1783         old = vmd->vmd_free_count;
1784         do {
1785                 if (old < limit)
1786                         return (0);
1787                 new = old - npages;
1788         } while (atomic_fcmpset_int(&vmd->vmd_free_count, &old, new) == 0);
1789
1790         /* Wake the page daemon if we've crossed the threshold. */
1791         if (vm_paging_needed(vmd, new) && !vm_paging_needed(vmd, old))
1792                 pagedaemon_wakeup(vmd->vmd_domain);
1793
1794         /* Only update bitsets on transitions. */
1795         if ((old >= vmd->vmd_free_min && new < vmd->vmd_free_min) ||
1796             (old >= vmd->vmd_free_severe && new < vmd->vmd_free_severe))
1797                 vm_domain_set(vmd);
1798
1799         return (1);
1800 }
1801
1802 vm_page_t
1803 vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1804     int req, vm_page_t mpred)
1805 {
1806         struct vm_domain *vmd;
1807         vm_page_t m;
1808         int flags, pool;
1809
1810         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1811             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1812             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1813             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1814             ("inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
1815         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
1816             ("Can't sleep and retry object insertion."));
1817         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex < pindex,
1818             ("mpred %p doesn't precede pindex 0x%jx", mpred,
1819             (uintmax_t)pindex));
1820         if (object != NULL)
1821                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1822
1823         flags = 0;
1824         m = NULL;
1825         pool = object != NULL ? VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT;
1826 again:
1827 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1828         /*
1829          * Can we allocate the page from a reservation?
1830          */
1831         if (vm_object_reserv(object) &&
1832             (m = vm_reserv_alloc_page(object, pindex, domain, req, mpred)) !=
1833             NULL) {
1834                 domain = vm_phys_domain(m);
1835                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
1836                 goto found;
1837         }
1838 #endif
1839         vmd = VM_DOMAIN(domain);
1840         if (vmd->vmd_pgcache[pool].zone != NULL) {
1841                 m = uma_zalloc(vmd->vmd_pgcache[pool].zone, M_NOWAIT);
1842                 if (m != NULL) {
1843                         flags |= PG_PCPU_CACHE;
1844                         goto found;
1845                 }
1846         }
1847         if (vm_domain_allocate(vmd, req, 1)) {
1848                 /*
1849                  * If not, allocate it from the free page queues.
1850                  */
1851                 vm_domain_free_lock(vmd);
1852                 m = vm_phys_alloc_pages(domain, pool, 0);
1853                 vm_domain_free_unlock(vmd);
1854                 if (m == NULL) {
1855                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
1856 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1857                         if (vm_reserv_reclaim_inactive(domain))
1858                                 goto again;
1859 #endif
1860                 }
1861         }
1862         if (m == NULL) {
1863                 /*
1864                  * Not allocatable, give up.
1865                  */
1866                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, object, req))
1867                         goto again;
1868                 return (NULL);
1869         }
1870
1871         /*
1872          * At this point we had better have found a good page.
1873          */
1874 found:
1875         vm_page_dequeue(m);
1876         vm_page_alloc_check(m);
1877
1878         /*
1879          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1880          */
1881         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1882                 flags |= (m->flags & PG_ZERO);
1883         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1884                 flags |= PG_NODUMP;
1885         m->flags = flags;
1886         m->aflags = 0;
1887         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1888             VPO_UNMANAGED : 0;
1889         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1890         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1891                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1892         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1893                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1894         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1895                 /*
1896                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1897                  * page is inserted into the object.
1898                  */
1899                 vm_wire_add(1);
1900                 m->ref_count = 1;
1901         }
1902         m->act_count = 0;
1903
1904         if (object != NULL) {
1905                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1906                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1907                                 vm_wire_sub(1);
1908                                 m->ref_count = 0;
1909                         }
1910                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1911                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1912                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1913                         /* Don't change PG_ZERO. */
1914                         vm_page_free_toq(m);
1915                         if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
1916                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
1917                                 vm_radix_wait();
1918                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
1919                         }
1920                         return (NULL);
1921                 }
1922
1923                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1924                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1925                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1926                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1927         } else
1928                 m->pindex = pindex;
1929
1930         return (m);
1931 }
1932
1933 /*
1934  *      vm_page_alloc_contig:
1935  *
1936  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1937  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1938  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1939  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1940  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1941  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1942  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1943  *      and "boundary" must be a power of two.
1944  *
1945  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1946  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1947  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1948  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1949  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1950  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1951  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1952  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1953  *
1954  *      The specified object may not contain fictitious pages.
1955  *
1956  *      The caller must always specify an allocation class.
1957  *
1958  *      allocation classes:
1959  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1960  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1961  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1962  *
1963  *      optional allocation flags:
1964  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1965  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1966  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1967  *                              should not be exclusive busy
1968  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1969  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1970  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1971  */
1972 vm_page_t
1973 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1974     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1975     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1976 {
1977         struct vm_domainset_iter di;
1978         vm_page_t m;
1979         int domain;
1980
1981         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, pindex, &domain, &req);
1982         do {
1983                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, req,
1984                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
1985                 if (m != NULL)
1986                         break;
1987         } while (vm_domainset_iter_page(&di, object, &domain) == 0);
1988
1989         return (m);
1990 }
1991
1992 vm_page_t
1993 vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1994     int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1995     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1996 {
1997         struct vm_domain *vmd;
1998         vm_page_t m, m_ret, mpred;
1999         u_int busy_lock, flags, oflags;
2000
2001         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
2002         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
2003             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
2004             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
2005             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
2006             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
2007             req));
2008         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
2009             ("Can't sleep and retry object insertion."));
2010         if (object != NULL) {
2011                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2012                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
2013                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
2014                     object));
2015         }
2016         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
2017
2018         if (object != NULL) {
2019                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
2020                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
2021                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
2022         }
2023
2024         /*
2025          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
2026          * below the lower bound for the allocation class?
2027          */
2028         m_ret = NULL;
2029 again:
2030 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2031         /*
2032          * Can we allocate the pages from a reservation?
2033          */
2034         if (vm_object_reserv(object) &&
2035             (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, domain, req,
2036             mpred, npages, low, high, alignment, boundary)) != NULL) {
2037                 domain = vm_phys_domain(m_ret);
2038                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
2039                 goto found;
2040         }
2041 #endif
2042         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2043         if (vm_domain_allocate(vmd, req, npages)) {
2044                 /*
2045                  * allocate them from the free page queues.
2046                  */
2047                 vm_domain_free_lock(vmd);
2048                 m_ret = vm_phys_alloc_contig(domain, npages, low, high,
2049                     alignment, boundary);
2050                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2051                 if (m_ret == NULL) {
2052                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, npages);
2053 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2054                         if (vm_reserv_reclaim_contig(domain, npages, low,
2055                             high, alignment, boundary))
2056                                 goto again;
2057 #endif
2058                 }
2059         }
2060         if (m_ret == NULL) {
2061                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, object, req))
2062                         goto again;
2063                 return (NULL);
2064         }
2065 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2066 found:
2067 #endif
2068         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2069                 vm_page_dequeue(m);
2070                 vm_page_alloc_check(m);
2071         }
2072
2073         /*
2074          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
2075          */
2076         flags = 0;
2077         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
2078                 flags = PG_ZERO;
2079         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
2080                 flags |= PG_NODUMP;
2081         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
2082             VPO_UNMANAGED : 0;
2083         busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2084         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
2085                 busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
2086         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
2087                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
2088         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2089                 vm_wire_add(npages);
2090         if (object != NULL) {
2091                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2092                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
2093                         memattr = object->memattr;
2094         }
2095         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2096                 m->aflags = 0;
2097                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
2098                 m->busy_lock = busy_lock;
2099                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2100                         m->ref_count = 1;
2101                 m->act_count = 0;
2102                 m->oflags = oflags;
2103                 if (object != NULL) {
2104                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
2105                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2106                                         vm_wire_sub(npages);
2107                                 KASSERT(m->object == NULL,
2108                                     ("page %p has object", m));
2109                                 mpred = m;
2110                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2111                                         if (m <= mpred &&
2112                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2113                                                 m->ref_count = 0;
2114                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2115                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2116                                         /* Don't change PG_ZERO. */
2117                                         vm_page_free_toq(m);
2118                                 }
2119                                 if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
2120                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2121                                         vm_radix_wait();
2122                                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2123                                 }
2124                                 return (NULL);
2125                         }
2126                         mpred = m;
2127                 } else
2128                         m->pindex = pindex;
2129                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2130                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
2131                 pindex++;
2132         }
2133         return (m_ret);
2134 }
2135
2136 /*
2137  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
2138  */
2139 static void
2140 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
2141 {
2142
2143         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
2144         KASSERT(m->queue == PQ_NONE && (m->aflags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
2145             ("page %p has unexpected queue %d, flags %#x",
2146             m, m->queue, (m->aflags & PGA_QUEUE_STATE_MASK)));
2147         KASSERT(m->ref_count == 0, ("page %p has references", m));
2148         KASSERT(!vm_page_busied(m), ("page %p is busy", m));
2149         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
2150         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
2151             ("page %p has unexpected memattr %d",
2152             m, pmap_page_get_memattr(m)));
2153         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
2154 }
2155
2156 /*
2157  *      vm_page_alloc_freelist:
2158  *
2159  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
2160  *
2161  *      The caller must always specify an allocation class.
2162  *
2163  *      allocation classes:
2164  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2165  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2166  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2167  *
2168  *      optional allocation flags:
2169  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
2170  *                              intends to allocate
2171  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
2172  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
2173  */
2174 vm_page_t
2175 vm_page_alloc_freelist(int freelist, int req)
2176 {
2177         struct vm_domainset_iter di;
2178         vm_page_t m;
2179         int domain;
2180
2181         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
2182         do {
2183                 m = vm_page_alloc_freelist_domain(domain, freelist, req);
2184                 if (m != NULL)
2185                         break;
2186         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
2187
2188         return (m);
2189 }
2190
2191 vm_page_t
2192 vm_page_alloc_freelist_domain(int domain, int freelist, int req)
2193 {
2194         struct vm_domain *vmd;
2195         vm_page_t m;
2196         u_int flags;
2197
2198         m = NULL;
2199         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2200 again:
2201         if (vm_domain_allocate(vmd, req, 1)) {
2202                 vm_domain_free_lock(vmd);
2203                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(domain, freelist,
2204                     VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
2205                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2206                 if (m == NULL)
2207                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
2208         }
2209         if (m == NULL) {
2210                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, NULL, req))
2211                         goto again;
2212                 return (NULL);
2213         }
2214         vm_page_dequeue(m);
2215         vm_page_alloc_check(m);
2216
2217         /*
2218          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
2219          */
2220         m->aflags = 0;
2221         flags = 0;
2222         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
2223                 flags = PG_ZERO;
2224         m->flags &= flags;
2225         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2226                 /*
2227                  * The page lock is not required for wiring a page that does
2228                  * not belong to an object.
2229                  */
2230                 vm_wire_add(1);
2231                 m->ref_count = 1;
2232         }
2233         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
2234         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2235         return (m);
2236 }
2237
2238 static int
2239 vm_page_zone_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain, int flags)
2240 {
2241         struct vm_domain *vmd;
2242         struct vm_pgcache *pgcache;
2243         int i;
2244
2245         pgcache = arg;
2246         vmd = VM_DOMAIN(pgcache->domain);
2247         /* Only import if we can bring in a full bucket. */
2248         if (cnt == 1 || !vm_domain_allocate(vmd, VM_ALLOC_NORMAL, cnt))
2249                 return (0);
2250         domain = vmd->vmd_domain;
2251         vm_domain_free_lock(vmd);
2252         i = vm_phys_alloc_npages(domain, pgcache->pool, cnt,
2253             (vm_page_t *)store);
2254         vm_domain_free_unlock(vmd);
2255         if (cnt != i)
2256                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt - i);
2257
2258         return (i);
2259 }
2260
2261 static void
2262 vm_page_zone_release(void *arg, void **store, int cnt)
2263 {
2264         struct vm_domain *vmd;
2265         struct vm_pgcache *pgcache;
2266         vm_page_t m;
2267         int i;
2268
2269         pgcache = arg;
2270         vmd = VM_DOMAIN(pgcache->domain);
2271         vm_domain_free_lock(vmd);
2272         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2273                 m = (vm_page_t)store[i];
2274                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2275         }
2276         vm_domain_free_unlock(vmd);
2277         vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt);
2278 }
2279
2280 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
2281 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
2282 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
2283
2284 /*
2285  *      vm_page_scan_contig:
2286  *
2287  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
2288  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
2289  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
2290  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
2291  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
2292  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
2293  *      multiple of "boundary".
2294  *
2295  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
2296  *      structure within vm_page_array[].
2297  *
2298  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
2299  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
2300  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
2301  */
2302 vm_page_t
2303 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
2304     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
2305 {
2306         struct mtx *m_mtx;
2307         vm_object_t object;
2308         vm_paddr_t pa;
2309         vm_page_t m, m_run;
2310 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2311         int level;
2312 #endif
2313         int m_inc, order, run_ext, run_len;
2314
2315         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2316         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2317         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2318         m_run = NULL;
2319         run_len = 0;
2320         m_mtx = NULL;
2321         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
2322                 KASSERT((m->flags & PG_MARKER) == 0,
2323                     ("page %p is PG_MARKER", m));
2324                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 || m->ref_count >= 1,
2325                     ("fictitious page %p has invalid ref count", m));
2326
2327                 /*
2328                  * If the current page would be the start of a run, check its
2329                  * physical address against the end, alignment, and boundary
2330                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
2331                  * terminate the scan or advance to the next page that
2332                  * satisfies the failed condition.
2333                  */
2334                 if (run_len == 0) {
2335                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
2336                         if (m + npages > m_end)
2337                                 break;
2338                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2339                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
2340                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
2341                                 continue;
2342                         }
2343                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
2344                             boundary) != 0) {
2345                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
2346                                 continue;
2347                         }
2348                 } else
2349                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
2350
2351                 vm_page_change_lock(m, &m_mtx);
2352                 m_inc = 1;
2353 retry:
2354                 if (vm_page_wired(m))
2355                         run_ext = 0;
2356 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2357                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2358                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2359                         run_ext = 0;
2360                         /* Advance to the end of the reservation. */
2361                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2362                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2363                             pa);
2364                 }
2365 #endif
2366                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2367                         /*
2368                          * The page is considered eligible for relocation if
2369                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2370                          * the page daemon.
2371                          */
2372                         if (!VM_OBJECT_TRYRLOCK(object)) {
2373                                 mtx_unlock(m_mtx);
2374                                 VM_OBJECT_RLOCK(object);
2375                                 mtx_lock(m_mtx);
2376                                 if (m->object != object) {
2377                                         /*
2378                                          * The page may have been freed.
2379                                          */
2380                                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2381                                         goto retry;
2382                                 }
2383                         }
2384                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2385                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2386                             object->type != OBJT_SWAP &&
2387                             object->type != OBJT_VNODE) {
2388                                 run_ext = 0;
2389 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2390                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2391                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2392                                 run_ext = 0;
2393                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2394                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2395                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2396                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2397 #endif
2398                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2399                             vm_page_queue(m) != PQ_NONE && !vm_page_busied(m) &&
2400                             !vm_page_wired(m)) {
2401                                 /*
2402                                  * The page is allocated but eligible for
2403                                  * relocation.  Extend the current run by one
2404                                  * page.
2405                                  */
2406                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2407                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2408                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2409                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2410                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2411                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2412                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2413                                 run_ext = 1;
2414                         } else
2415                                 run_ext = 0;
2416                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2417 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2418                 } else if (level >= 0) {
2419                         /*
2420                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2421                          * other words, it is still free.  Extend the current
2422                          * run by one page.
2423                          */
2424                         run_ext = 1;
2425 #endif
2426                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2427                         /*
2428                          * The page is enqueued in the physical memory
2429                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2430                          * first page in a power-of-two-sized run of
2431                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2432                          * of the current run, and jump ahead.
2433                          */
2434                         run_ext = 1 << order;
2435                         m_inc = 1 << order;
2436                 } else {
2437                         /*
2438                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2439                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2440                          * free page queues.  However, it is not the first
2441                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2442                          * rarely occurs because the scan is performed in
2443                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2444                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2445                          * the transition from allocated to free for managed
2446                          * pages is blocked by the page lock.) (3) It is
2447                          * allocated but not contained by an object and not
2448                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2449                          */
2450                         run_ext = 0;
2451                 }
2452
2453                 /*
2454                  * Extend or reset the current run of pages.
2455                  */
2456                 if (run_ext > 0) {
2457                         if (run_len == 0)
2458                                 m_run = m;
2459                         run_len += run_ext;
2460                 } else {
2461                         if (run_len > 0) {
2462                                 m_run = NULL;
2463                                 run_len = 0;
2464                         }
2465                 }
2466         }
2467         if (m_mtx != NULL)
2468                 mtx_unlock(m_mtx);
2469         if (run_len >= npages)
2470                 return (m_run);
2471         return (NULL);
2472 }
2473
2474 /*
2475  *      vm_page_reclaim_run:
2476  *
2477  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2478  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2479  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2480  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2481  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2482  *      physical address above "high".
2483  *
2484  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2485  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2486  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2487  *      unsuccessful.
2488  *
2489  *      "req_class" must be an allocation class.
2490  */
2491 static int
2492 vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages, vm_page_t m_run,
2493     vm_paddr_t high)
2494 {
2495         struct vm_domain *vmd;
2496         struct mtx *m_mtx;
2497         struct spglist free;
2498         vm_object_t object;
2499         vm_paddr_t pa;
2500         vm_page_t m, m_end, m_new;
2501         int error, order, req;
2502
2503         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2504             ("req_class is not an allocation class"));
2505         SLIST_INIT(&free);
2506         error = 0;
2507         m = m_run;
2508         m_end = m_run + npages;
2509         m_mtx = NULL;
2510         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2511                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2512                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2513
2514                 /*
2515                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2516                  */
2517                 vm_page_change_lock(m, &m_mtx);
2518 retry:
2519                 /*
2520                  * Racily check for wirings.  Races are handled below.
2521                  */
2522                 if (vm_page_wired(m))
2523                         error = EBUSY;
2524                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2525                         /*
2526                          * The page is relocated if and only if it could be
2527                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2528                          */
2529                         if (!VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
2530                                 mtx_unlock(m_mtx);
2531                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2532                                 mtx_lock(m_mtx);
2533                                 if (m->object != object) {
2534                                         /*
2535                                          * The page may have been freed.
2536                                          */
2537                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2538                                         goto retry;
2539                                 }
2540                         }
2541                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2542                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2543                             object->type != OBJT_SWAP &&
2544                             object->type != OBJT_VNODE)
2545                                 error = EINVAL;
2546                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2547                                 error = EINVAL;
2548                         else if (vm_page_queue(m) != PQ_NONE &&
2549                             !vm_page_busied(m) && !vm_page_wired(m)) {
2550                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2551                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2552                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2553                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2554                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2555                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2556                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2557                                 if (m->valid != 0) {
2558                                         /*
2559                                          * First, try to allocate a new page
2560                                          * that is above "high".  Failing
2561                                          * that, try to allocate a new page
2562                                          * that is below "m_run".  Allocate
2563                                          * the new page between the end of
2564                                          * "m_run" and "high" only as a last
2565                                          * resort.
2566                                          */
2567                                         req = req_class | VM_ALLOC_NOOBJ;
2568                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2569                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2570                                         if (trunc_page(high) !=
2571                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2572                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2573                                                     NULL, 0, req, 1,
2574                                                     round_page(high),
2575                                                     ~(vm_paddr_t)0,
2576                                                     PAGE_SIZE, 0,
2577                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2578                                         } else
2579                                                 m_new = NULL;
2580                                         if (m_new == NULL) {
2581                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2582                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2583                                                     NULL, 0, req, 1,
2584                                                     0, pa - 1, PAGE_SIZE, 0,
2585                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2586                                         }
2587                                         if (m_new == NULL) {
2588                                                 pa += ptoa(npages);
2589                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2590                                                     NULL, 0, req, 1,
2591                                                     pa, high, PAGE_SIZE, 0,
2592                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2593                                         }
2594                                         if (m_new == NULL) {
2595                                                 error = ENOMEM;
2596                                                 goto unlock;
2597                                         }
2598
2599                                         /*
2600                                          * Replace "m" with the new page.  For
2601                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2602                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2603                                          * as if vm_page_free() was called.
2604                                          */
2605                                         if (object->ref_count != 0 &&
2606                                             !vm_page_try_remove_all(m)) {
2607                                                 error = EBUSY;
2608                                                 goto unlock;
2609                                         }
2610                                         m_new->aflags = m->aflags &
2611                                             ~PGA_QUEUE_STATE_MASK;
2612                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2613                                             ("page %p is managed", m_new));
2614                                         m_new->oflags = m->oflags & VPO_NOSYNC;
2615                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2616                                         m_new->valid = m->valid;
2617                                         m_new->dirty = m->dirty;
2618                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2619                                         vm_page_xbusy(m);
2620                                         vm_page_dequeue(m);
2621                                         vm_page_replace_checked(m_new, object,
2622                                             m->pindex, m);
2623                                         if (vm_page_free_prep(m))
2624                                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m,
2625                                                     plinks.s.ss);
2626
2627                                         /*
2628                                          * The new page must be deactivated
2629                                          * before the object is unlocked.
2630                                          */
2631                                         vm_page_change_lock(m_new, &m_mtx);
2632                                         vm_page_deactivate(m_new);
2633                                 } else {
2634                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2635                                         vm_page_dequeue(m);
2636                                         if (vm_page_free_prep(m))
2637                                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m,
2638                                                     plinks.s.ss);
2639                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2640                                             ("page %p is dirty", m));
2641                                 }
2642                         } else
2643                                 error = EBUSY;
2644 unlock:
2645                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2646                 } else {
2647                         MPASS(vm_phys_domain(m) == domain);
2648                         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2649                         vm_domain_free_lock(vmd);
2650                         order = m->order;
2651                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2652                                 /*
2653                                  * The page is enqueued in the physical memory
2654                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2655                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2656                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2657                                  * to the last page within that run, and
2658                                  * continue from there.
2659                                  */
2660                                 m += (1 << order) - 1;
2661                         }
2662 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2663                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2664                                 order = 0;
2665 #endif
2666                         vm_domain_free_unlock(vmd);
2667                         if (order == VM_NFREEORDER)
2668                                 error = EINVAL;
2669                 }
2670         }
2671         if (m_mtx != NULL)
2672                 mtx_unlock(m_mtx);
2673         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2674                 int cnt;
2675
2676                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
2677                 cnt = 0;
2678                 vm_domain_free_lock(vmd);
2679                 do {
2680                         MPASS(vm_phys_domain(m) == domain);
2681                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2682                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2683                         cnt++;
2684                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2685                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2686                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt);
2687         }
2688         return (error);
2689 }
2690
2691 #define NRUNS   16
2692
2693 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2694
2695 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2696
2697 #define MIN_RECLAIM     8
2698
2699 /*
2700  *      vm_page_reclaim_contig:
2701  *
2702  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2703  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2704  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2705  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2706  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2707  *      are expected to perform vm_wait() before retrying a failed allocation
2708  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2709  *
2710  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2711  *
2712  *      allocation classes:
2713  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2714  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2715  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2716  *
2717  *      The optional allocation flags are ignored.
2718  *
2719  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2720  *      must be a power of two.
2721  */
2722 bool
2723 vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
2724     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2725 {
2726         struct vm_domain *vmd;
2727         vm_paddr_t curr_low;
2728         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
2729         u_long count, reclaimed;
2730         int error, i, options, req_class;
2731
2732         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2733         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2734         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2735         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2736
2737         /*
2738          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
2739          */
2740         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2741                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2742
2743         /*
2744          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
2745          * allocation.
2746          */
2747         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2748         count = vmd->vmd_free_count;
2749         if (count < npages + vmd->vmd_free_reserved || (count < npages +
2750             vmd->vmd_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
2751             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
2752                 return (false);
2753
2754         /*
2755          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
2756          * the reclamation of reservations and superpages each time.
2757          */
2758         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
2759                 /*
2760                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
2761                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
2762                  */
2763                 curr_low = low;
2764                 count = 0;
2765                 for (;;) {
2766                         m_run = vm_phys_scan_contig(domain, npages, curr_low,
2767                             high, alignment, boundary, options);
2768                         if (m_run == NULL)
2769                                 break;
2770                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
2771                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
2772                         count++;
2773                 }
2774
2775                 /*
2776                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
2777                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
2778                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
2779                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
2780                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
2781                  */
2782                 reclaimed = 0;
2783                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
2784                         count--;
2785                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
2786                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, domain, npages,
2787                             m_run, high);
2788                         if (error == 0) {
2789                                 reclaimed += npages;
2790                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
2791                                         return (true);
2792                         }
2793                 }
2794
2795                 /*
2796                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
2797                  * the last scan had no restrictions.
2798                  */
2799                 if (options == VPSC_NORESERV)
2800                         options = VPSC_NOSUPER;
2801                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
2802                         options = VPSC_ANY;
2803                 else if (options == VPSC_ANY)
2804                         return (reclaimed != 0);
2805         }
2806 }
2807
2808 bool
2809 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2810     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2811 {
2812         struct vm_domainset_iter di;
2813         int domain;
2814         bool ret;
2815
2816         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
2817         do {
2818                 ret = vm_page_reclaim_contig_domain(domain, req, npages, low,
2819                     high, alignment, boundary);
2820                 if (ret)
2821                         break;
2822         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
2823
2824         return (ret);
2825 }
2826
2827 /*
2828  * Set the domain in the appropriate page level domainset.
2829  */
2830 void
2831 vm_domain_set(struct vm_domain *vmd)
2832 {
2833
2834         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2835         if (!vmd->vmd_minset && vm_paging_min(vmd)) {
2836                 vmd->vmd_minset = 1;
2837                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
2838         }
2839         if (!vmd->vmd_severeset && vm_paging_severe(vmd)) {
2840                 vmd->vmd_severeset = 1;
2841                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
2842         }
2843         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2844 }
2845
2846 /*
2847  * Clear the domain from the appropriate page level domainset.
2848  */
2849 void
2850 vm_domain_clear(struct vm_domain *vmd)
2851 {
2852
2853         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2854         if (vmd->vmd_minset && !vm_paging_min(vmd)) {
2855                 vmd->vmd_minset = 0;
2856                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
2857                 if (vm_min_waiters != 0) {
2858                         vm_min_waiters = 0;
2859                         wakeup(&vm_min_domains);
2860                 }
2861         }
2862         if (vmd->vmd_severeset && !vm_paging_severe(vmd)) {
2863                 vmd->vmd_severeset = 0;
2864                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
2865                 if (vm_severe_waiters != 0) {
2866                         vm_severe_waiters = 0;
2867                         wakeup(&vm_severe_domains);
2868                 }
2869         }
2870
2871         /*
2872          * If pageout daemon needs pages, then tell it that there are
2873          * some free.
2874          */
2875         if (vmd->vmd_pageout_pages_needed &&
2876             vmd->vmd_free_count >= vmd->vmd_pageout_free_min) {
2877                 wakeup(&vmd->vmd_pageout_pages_needed);
2878                 vmd->vmd_pageout_pages_needed = 0;
2879         }
2880
2881         /* See comments in vm_wait_doms(). */
2882         if (vm_pageproc_waiters) {
2883                 vm_pageproc_waiters = 0;
2884                 wakeup(&vm_pageproc_waiters);
2885         }
2886         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2887 }
2888
2889 /*
2890  * Wait for free pages to exceed the min threshold globally.
2891  */
2892 void
2893 vm_wait_min(void)
2894 {
2895
2896         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2897         while (vm_page_count_min()) {
2898                 vm_min_waiters++;
2899                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PVM, "vmwait", 0);
2900         }
2901         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2902 }
2903
2904 /*
2905  * Wait for free pages to exceed the severe threshold globally.
2906  */
2907 void
2908 vm_wait_severe(void)
2909 {
2910
2911         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2912         while (vm_page_count_severe()) {
2913                 vm_severe_waiters++;
2914                 msleep(&vm_severe_domains, &vm_domainset_lock, PVM,
2915                     "vmwait", 0);
2916         }
2917         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2918 }
2919
2920 u_int
2921 vm_wait_count(void)
2922 {
2923
2924         return (vm_severe_waiters + vm_min_waiters + vm_pageproc_waiters);
2925 }
2926
2927 void
2928 vm_wait_doms(const domainset_t *wdoms)
2929 {
2930
2931         /*
2932          * We use racey wakeup synchronization to avoid expensive global
2933          * locking for the pageproc when sleeping with a non-specific vm_wait.
2934          * To handle this, we only sleep for one tick in this instance.  It
2935          * is expected that most allocations for the pageproc will come from
2936          * kmem or vm_page_grab* which will use the more specific and
2937          * race-free vm_wait_domain().
2938          */
2939         if (curproc == pageproc) {
2940                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2941                 vm_pageproc_waiters++;
2942                 msleep(&vm_pageproc_waiters, &vm_domainset_lock, PVM | PDROP,
2943                     "pageprocwait", 1);
2944         } else {
2945                 /*
2946                  * XXX Ideally we would wait only until the allocation could
2947                  * be satisfied.  This condition can cause new allocators to
2948                  * consume all freed pages while old allocators wait.
2949                  */
2950                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2951                 if (vm_page_count_min_set(wdoms)) {
2952                         vm_min_waiters++;
2953                         msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock,
2954                             PVM | PDROP, "vmwait", 0);
2955                 } else
2956                         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2957         }
2958 }
2959
2960 /*
2961  *      vm_wait_domain:
2962  *
2963  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2964  *      - Called in various places after failed memory allocations.
2965  */
2966 void
2967 vm_wait_domain(int domain)
2968 {
2969         struct vm_domain *vmd;
2970         domainset_t wdom;
2971
2972         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2973         vm_domain_free_assert_unlocked(vmd);
2974
2975         if (curproc == pageproc) {
2976                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2977                 if (vmd->vmd_free_count < vmd->vmd_pageout_free_min) {
2978                         vmd->vmd_pageout_pages_needed = 1;
2979                         msleep(&vmd->vmd_pageout_pages_needed,
2980                             &vm_domainset_lock, PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
2981                 } else
2982                         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2983         } else {
2984                 if (pageproc == NULL)
2985                         panic("vm_wait in early boot");
2986                 DOMAINSET_ZERO(&wdom);
2987                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &wdom);
2988                 vm_wait_doms(&wdom);
2989         }
2990 }
2991
2992 /*
2993  *      vm_wait:
2994  *
2995  *      Sleep until free pages are available for allocation in the
2996  *      affinity domains of the obj.  If obj is NULL, the domain set
2997  *      for the calling thread is used.
2998  *      Called in various places after failed memory allocations.
2999  */
3000 void
3001 vm_wait(vm_object_t obj)
3002 {
3003         struct domainset *d;
3004
3005         d = NULL;
3006
3007         /*
3008          * Carefully fetch pointers only once: the struct domainset
3009          * itself is ummutable but the pointer might change.
3010          */
3011         if (obj != NULL)
3012                 d = obj->domain.dr_policy;
3013         if (d == NULL)
3014                 d = curthread->td_domain.dr_policy;
3015
3016         vm_wait_doms(&d->ds_mask);
3017 }
3018
3019 /*
3020  *      vm_domain_alloc_fail:
3021  *
3022  *      Called when a page allocation function fails.  Informs the
3023  *      pagedaemon and performs the requested wait.  Requires the
3024  *      domain_free and object lock on entry.  Returns with the
3025  *      object lock held and free lock released.  Returns an error when
3026  *      retry is necessary.
3027  *
3028  */
3029 static int
3030 vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object, int req)
3031 {
3032
3033         vm_domain_free_assert_unlocked(vmd);
3034
3035         atomic_add_int(&vmd->vmd_pageout_deficit,
3036             max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
3037         if (req & (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL)) {
3038                 if (object != NULL) 
3039                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3040                 vm_wait_domain(vmd->vmd_domain);
3041                 if (object != NULL) 
3042                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3043                 if (req & VM_ALLOC_WAITOK)
3044                         return (EAGAIN);
3045         }
3046
3047         return (0);
3048 }
3049
3050 /*
3051  *      vm_waitpfault:
3052  *
3053  *      Sleep until free pages are available for allocation.
3054  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
3055  *        can be easily tracked.
3056  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
3057  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
3058  *        this balance without careful testing first.
3059  */
3060 void
3061 vm_waitpfault(struct domainset *dset, int timo)
3062 {
3063
3064         /*
3065          * XXX Ideally we would wait only until the allocation could
3066          * be satisfied.  This condition can cause new allocators to
3067          * consume all freed pages while old allocators wait.
3068          */
3069         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3070         if (vm_page_count_min_set(&dset->ds_mask)) {
3071                 vm_min_waiters++;
3072                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PUSER | PDROP,
3073                     "pfault", timo);
3074         } else
3075                 mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3076 }
3077
3078 static struct vm_pagequeue *
3079 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
3080 {
3081
3082         uint8_t queue;
3083
3084         if ((queue = atomic_load_8(&m->queue)) == PQ_NONE)
3085                 return (NULL);
3086         return (&vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[queue]);
3087 }
3088
3089 static inline void
3090 vm_pqbatch_process_page(struct vm_pagequeue *pq, vm_page_t m)
3091 {
3092         struct vm_domain *vmd;
3093         uint8_t qflags;
3094
3095         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3096         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
3097
3098         /*
3099          * The page daemon is allowed to set m->queue = PQ_NONE without
3100          * the page queue lock held.  In this case it is about to free the page,
3101          * which must not have any queue state.
3102          */
3103         qflags = atomic_load_8(&m->aflags);
3104         KASSERT(pq == vm_page_pagequeue(m) ||
3105             (qflags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3106             ("page %p doesn't belong to queue %p but has aflags %#x",
3107             m, pq, qflags));
3108
3109         if ((qflags & PGA_DEQUEUE) != 0) {
3110                 if (__predict_true((qflags & PGA_ENQUEUED) != 0))
3111                         vm_pagequeue_remove(pq, m);
3112                 vm_page_dequeue_complete(m);
3113         } else if ((qflags & (PGA_REQUEUE | PGA_REQUEUE_HEAD)) != 0) {
3114                 if ((qflags & PGA_ENQUEUED) != 0)
3115                         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3116                 else {
3117                         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
3118                         vm_page_aflag_set(m, PGA_ENQUEUED);
3119                 }
3120
3121                 /*
3122                  * Give PGA_REQUEUE_HEAD precedence over PGA_REQUEUE.
3123                  * In particular, if both flags are set in close succession,
3124                  * only PGA_REQUEUE_HEAD will be applied, even if it was set
3125                  * first.
3126                  */
3127                 if ((qflags & PGA_REQUEUE_HEAD) != 0) {
3128                         KASSERT(m->queue == PQ_INACTIVE,
3129                             ("head enqueue not supported for page %p", m));
3130                         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3131                         TAILQ_INSERT_BEFORE(&vmd->vmd_inacthead, m, plinks.q);
3132                 } else
3133                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3134
3135                 vm_page_aflag_clear(m, qflags & (PGA_REQUEUE |
3136                     PGA_REQUEUE_HEAD));
3137         }
3138 }
3139
3140 static void
3141 vm_pqbatch_process(struct vm_pagequeue *pq, struct vm_batchqueue *bq,
3142     uint8_t queue)
3143 {
3144         vm_page_t m;
3145         int i;
3146
3147         for (i = 0; i < bq->bq_cnt; i++) {
3148                 m = bq->bq_pa[i];
3149                 if (__predict_false(m->queue != queue))
3150                         continue;
3151                 vm_pqbatch_process_page(pq, m);
3152         }
3153         vm_batchqueue_init(bq);
3154 }
3155
3156 /*
3157  *      vm_page_pqbatch_submit:         [ internal use only ]
3158  *
3159  *      Enqueue a page in the specified page queue's batched work queue.
3160  *      The caller must have encoded the requested operation in the page
3161  *      structure's aflags field.
3162  */
3163 void
3164 vm_page_pqbatch_submit(vm_page_t m, uint8_t queue)
3165 {
3166         struct vm_batchqueue *bq;
3167         struct vm_pagequeue *pq;
3168         int domain;
3169
3170         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3171             ("page %p is unmanaged", m));
3172         KASSERT(mtx_owned(vm_page_lockptr(m)) || m->object == NULL,
3173             ("missing synchronization for page %p", m));
3174         KASSERT(queue < PQ_COUNT, ("invalid queue %d", queue));
3175
3176         domain = vm_phys_domain(m);
3177         pq = &vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
3178
3179         critical_enter();
3180         bq = DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]);
3181         if (vm_batchqueue_insert(bq, m)) {
3182                 critical_exit();
3183                 return;
3184         }
3185         if (!vm_pagequeue_trylock(pq)) {
3186                 critical_exit();
3187                 vm_pagequeue_lock(pq);
3188                 critical_enter();
3189                 bq = DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]);
3190         }
3191         vm_pqbatch_process(pq, bq, queue);
3192
3193         /*
3194          * The page may have been logically dequeued before we acquired the
3195          * page queue lock.  In this case, since we either hold the page lock
3196          * or the page is being freed, a different thread cannot be concurrently
3197          * enqueuing the page.
3198          */
3199         if (__predict_true(m->queue == queue))
3200                 vm_pqbatch_process_page(pq, m);
3201         else {
3202                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
3203                     ("invalid queue transition for page %p", m));
3204                 KASSERT((m->aflags & PGA_ENQUEUED) == 0,
3205                     ("page %p is enqueued with invalid queue index", m));
3206         }
3207         vm_pagequeue_unlock(pq);
3208         critical_exit();
3209 }
3210
3211 /*
3212  *      vm_page_pqbatch_drain:          [ internal use only ]
3213  *
3214  *      Force all per-CPU page queue batch queues to be drained.  This is
3215  *      intended for use in severe memory shortages, to ensure that pages
3216  *      do not remain stuck in the batch queues.
3217  */
3218 void
3219 vm_page_pqbatch_drain(void)
3220 {
3221         struct thread *td;
3222         struct vm_domain *vmd;
3223         struct vm_pagequeue *pq;
3224         int cpu, domain, queue;
3225
3226         td = curthread;
3227         CPU_FOREACH(cpu) {
3228                 thread_lock(td);
3229                 sched_bind(td, cpu);
3230                 thread_unlock(td);
3231
3232                 for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
3233                         vmd = VM_DOMAIN(domain);
3234                         for (queue = 0; queue < PQ_COUNT; queue++) {
3235                                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[queue];
3236                                 vm_pagequeue_lock(pq);
3237                                 critical_enter();
3238                                 vm_pqbatch_process(pq,
3239                                     DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]), queue);
3240                                 critical_exit();
3241                                 vm_pagequeue_unlock(pq);
3242                         }
3243                 }
3244         }
3245         thread_lock(td);
3246         sched_unbind(td);
3247         thread_unlock(td);
3248 }
3249
3250 /*
3251  * Complete the logical removal of a page from a page queue.  We must be
3252  * careful to synchronize with the page daemon, which may be concurrently
3253  * examining the page with only the page lock held.  The page must not be
3254  * in a state where it appears to be logically enqueued.
3255  */
3256 static void
3257 vm_page_dequeue_complete(vm_page_t m)
3258 {
3259
3260         m->queue = PQ_NONE;
3261         atomic_thread_fence_rel();
3262         vm_page_aflag_clear(m, PGA_QUEUE_STATE_MASK);
3263 }
3264
3265 /*
3266  *      vm_page_dequeue_deferred:       [ internal use only ]
3267  *
3268  *      Request removal of the given page from its current page
3269  *      queue.  Physical removal from the queue may be deferred
3270  *      indefinitely.
3271  *
3272  *      The page must be locked.
3273  */
3274 void
3275 vm_page_dequeue_deferred(vm_page_t m)
3276 {
3277         uint8_t queue;
3278
3279         vm_page_assert_locked(m);
3280
3281         if ((queue = vm_page_queue(m)) == PQ_NONE)
3282                 return;
3283
3284         /*
3285          * Set PGA_DEQUEUE if it is not already set to handle a concurrent call
3286          * to vm_page_dequeue_deferred_free().  In particular, avoid modifying
3287          * the page's queue state once vm_page_dequeue_deferred_free() has been
3288          * called.  In the event of a race, two batch queue entries for the page
3289          * will be created, but the second will have no effect.
3290          */
3291         if (vm_page_pqstate_cmpset(m, queue, queue, PGA_DEQUEUE, PGA_DEQUEUE))
3292                 vm_page_pqbatch_submit(m, queue);
3293 }
3294
3295 /*
3296  * A variant of vm_page_dequeue_deferred() that does not assert the page
3297  * lock and is only to be called from vm_page_free_prep().  Because the
3298  * page is being freed, we can assume that nothing other than the page
3299  * daemon is scheduling queue operations on this page, so we get for
3300  * free the mutual exclusion that is otherwise provided by the page lock.
3301  * To handle races, the page daemon must take care to atomically check
3302  * for PGA_DEQUEUE when updating queue state.
3303  */
3304 static void
3305 vm_page_dequeue_deferred_free(vm_page_t m)
3306 {
3307         uint8_t queue;
3308
3309         KASSERT(m->ref_count == 0, ("page %p has references", m));
3310
3311         if ((m->aflags & PGA_DEQUEUE) != 0)
3312                 return;
3313         atomic_thread_fence_acq();
3314         if ((queue = m->queue) == PQ_NONE)
3315                 return;
3316         vm_page_aflag_set(m, PGA_DEQUEUE);
3317         vm_page_pqbatch_submit(m, queue);
3318 }
3319
3320 /*
3321  *      vm_page_dequeue:
3322  *
3323  *      Remove the page from whichever page queue it's in, if any.
3324  *      The page must either be locked or unallocated.  This constraint
3325  *      ensures that the queue state of the page will remain consistent
3326  *      after this function returns.
3327  */
3328 void
3329 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
3330 {
3331         struct vm_pagequeue *pq, *pq1;
3332         uint8_t aflags;
3333
3334         KASSERT(mtx_owned(vm_page_lockptr(m)) || m->object == NULL,
3335             ("page %p is allocated and unlocked", m));
3336
3337         for (pq = vm_page_pagequeue(m);; pq = pq1) {
3338                 if (pq == NULL) {
3339                         /*
3340                          * A thread may be concurrently executing
3341                          * vm_page_dequeue_complete().  Ensure that all queue
3342                          * state is cleared before we return.
3343                          */
3344                         aflags = atomic_load_8(&m->aflags);
3345                         if ((aflags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0)
3346                                 return;
3347                         KASSERT((aflags & PGA_DEQUEUE) != 0,
3348                             ("page %p has unexpected queue state flags %#x",
3349                             m, aflags));
3350
3351                         /*
3352                          * Busy wait until the thread updating queue state is
3353                          * finished.  Such a thread must be executing in a
3354                          * critical section.
3355                          */
3356                         cpu_spinwait();
3357                         pq1 = vm_page_pagequeue(m);
3358                         continue;
3359                 }
3360                 vm_pagequeue_lock(pq);
3361                 if ((pq1 = vm_page_pagequeue(m)) == pq)
3362                         break;
3363                 vm_pagequeue_unlock(pq);
3364         }
3365         KASSERT(pq == vm_page_pagequeue(m),
3366             ("%s: page %p migrated directly between queues", __func__, m));
3367         KASSERT((m->aflags & PGA_DEQUEUE) != 0 ||
3368             mtx_owned(vm_page_lockptr(m)),
3369             ("%s: queued unlocked page %p", __func__, m));
3370
3371         if ((m->aflags & PGA_ENQUEUED) != 0)
3372                 vm_pagequeue_remove(pq, m);
3373         vm_page_dequeue_complete(m);
3374         vm_pagequeue_unlock(pq);
3375 }
3376
3377 /*
3378  * Schedule the given page for insertion into the specified page queue.
3379  * Physical insertion of the page may be deferred indefinitely.
3380  */
3381 static void
3382 vm_page_enqueue(vm_page_t m, uint8_t queue)
3383 {
3384
3385         vm_page_assert_locked(m);
3386         KASSERT(m->queue == PQ_NONE && (m->aflags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3387             ("%s: page %p is already enqueued", __func__, m));
3388
3389         m->queue = queue;
3390         if ((m->aflags & PGA_REQUEUE) == 0)
3391                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REQUEUE);
3392         vm_page_pqbatch_submit(m, queue);
3393 }
3394
3395 /*
3396  *      vm_page_requeue:                [ internal use only ]
3397  *
3398  *      Schedule a requeue of the given page.
3399  *
3400  *      The page must be locked.
3401  */
3402 void
3403 vm_page_requeue(vm_page_t m)
3404 {
3405
3406         vm_page_assert_locked(m);
3407         KASSERT(vm_page_queue(m) != PQ_NONE,
3408             ("%s: page %p is not logically enqueued", __func__, m));
3409
3410         if ((m->aflags & PGA_REQUEUE) == 0)
3411                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REQUEUE);
3412         vm_page_pqbatch_submit(m, atomic_load_8(&m->queue));
3413 }
3414
3415 /*
3416  *      vm_page_swapqueue:              [ internal use only ]
3417  *
3418  *      Move the page from one queue to another, or to the tail of its
3419  *      current queue, in the face of a possible concurrent call to
3420  *      vm_page_dequeue_deferred_free().
3421  */
3422 void
3423 vm_page_swapqueue(vm_page_t m, uint8_t oldq, uint8_t newq)
3424 {
3425         struct vm_pagequeue *pq;
3426
3427         KASSERT(oldq < PQ_COUNT && newq < PQ_COUNT && oldq != newq,
3428             ("vm_page_swapqueue: invalid queues (%d, %d)", oldq, newq));
3429         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3430             ("vm_page_swapqueue: page %p is unmanaged", m));
3431         vm_page_assert_locked(m);
3432
3433         /*
3434          * Atomically update the queue field and set PGA_REQUEUE while
3435          * ensuring that PGA_DEQUEUE has not been set.
3436          */
3437         pq = &vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[oldq];
3438         vm_pagequeue_lock(pq);
3439         if (!vm_page_pqstate_cmpset(m, oldq, newq, PGA_DEQUEUE, PGA_REQUEUE)) {
3440                 vm_pagequeue_unlock(pq);
3441                 return;
3442         }
3443         if ((m->aflags & PGA_ENQUEUED) != 0) {
3444                 vm_pagequeue_remove(pq, m);
3445                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_ENQUEUED);
3446         }
3447         vm_pagequeue_unlock(pq);
3448         vm_page_pqbatch_submit(m, newq);
3449 }
3450
3451 /*
3452  *      vm_page_free_prep:
3453  *
3454  *      Prepares the given page to be put on the free list,
3455  *      disassociating it from any VM object. The caller may return
3456  *      the page to the free list only if this function returns true.
3457  *
3458  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is
3459  *      managed.
3460  */
3461 bool
3462 vm_page_free_prep(vm_page_t m)
3463 {
3464
3465         /*
3466          * Synchronize with threads that have dropped a reference to this
3467          * page.
3468          */
3469         atomic_thread_fence_acq();
3470
3471 #if defined(DIAGNOSTIC) && defined(PHYS_TO_DMAP)
3472         if (PMAP_HAS_DMAP && (m->flags & PG_ZERO) != 0) {
3473                 uint64_t *p;
3474                 int i;
3475                 p = (uint64_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3476                 for (i = 0; i < PAGE_SIZE / sizeof(uint64_t); i++, p++)
3477                         KASSERT(*p == 0, ("vm_page_free_prep %p PG_ZERO %d %jx",
3478                             m, i, (uintmax_t)*p));
3479         }
3480 #endif
3481         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3482                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
3483                     ("vm_page_free_prep: freeing mapped page %p", m));
3484         else
3485                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
3486                     ("vm_page_free_prep: unmanaged page %p is queued", m));
3487         VM_CNT_INC(v_tfree);
3488
3489         if (vm_page_sbusied(m))
3490                 panic("vm_page_free_prep: freeing busy page %p", m);
3491
3492         if (m->object != NULL) {
3493                 vm_page_object_remove(m);
3494
3495                 /*
3496                  * The object reference can be released without an atomic
3497                  * operation.
3498                  */
3499                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3500                     m->ref_count == VPRC_OBJREF,
3501                     ("vm_page_free_prep: page %p has unexpected ref_count %u",
3502                     m, m->ref_count));
3503                 m->object = NULL;
3504                 m->ref_count -= VPRC_OBJREF;
3505         }
3506
3507         /*
3508          * If fictitious remove object association and
3509          * return.
3510          */
3511         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
3512                 KASSERT(m->ref_count == 1,
3513                     ("fictitious page %p is referenced", m));
3514                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
3515                     ("fictitious page %p is queued", m));
3516                 return (false);
3517         }
3518
3519         /*
3520          * Pages need not be dequeued before they are returned to the physical
3521          * memory allocator, but they must at least be marked for a deferred
3522          * dequeue.
3523          */
3524         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3525                 vm_page_dequeue_deferred_free(m);
3526
3527         m->valid = 0;
3528         vm_page_undirty(m);
3529
3530         if (m->ref_count != 0)
3531                 panic("vm_page_free_prep: page %p has references", m);
3532
3533         /*
3534          * Restore the default memory attribute to the page.
3535          */
3536         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
3537                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
3538
3539 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3540         /*
3541          * Determine whether the page belongs to a reservation.  If the page was
3542          * allocated from a per-CPU cache, it cannot belong to a reservation, so
3543          * as an optimization, we avoid the check in that case.
3544          */
3545         if ((m->flags & PG_PCPU_CACHE) == 0 && vm_reserv_free_page(m))
3546                 return (false);
3547 #endif
3548
3549         return (true);
3550 }
3551
3552 /*
3553  *      vm_page_free_toq:
3554  *
3555  *      Returns the given page to the free list, disassociating it
3556  *      from any VM object.
3557  *
3558  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is
3559  *      managed.
3560  */
3561 void
3562 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
3563 {
3564         struct vm_domain *vmd;
3565         uma_zone_t zone;
3566
3567         if (!vm_page_free_prep(m))
3568                 return;
3569
3570         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3571         zone = vmd->vmd_pgcache[m->pool].zone;
3572         if ((m->flags & PG_PCPU_CACHE) != 0 && zone != NULL) {
3573                 uma_zfree(zone, m);
3574                 return;
3575         }
3576         vm_domain_free_lock(vmd);
3577         vm_phys_free_pages(m, 0);
3578         vm_domain_free_unlock(vmd);
3579         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
3580 }
3581
3582 /*
3583  *      vm_page_free_pages_toq:
3584  *
3585  *      Returns a list of pages to the free list, disassociating it
3586  *      from any VM object.  In other words, this is equivalent to
3587  *      calling vm_page_free_toq() for each page of a list of VM objects.
3588  *
3589  *      The objects must be locked.  The pages must be locked if it is
3590  *      managed.
3591  */
3592 void
3593 vm_page_free_pages_toq(struct spglist *free, bool update_wire_count)
3594 {
3595         vm_page_t m;
3596         int count;
3597
3598         if (SLIST_EMPTY(free))
3599                 return;
3600
3601         count = 0;
3602         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
3603                 count++;
3604                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
3605                 vm_page_free_toq(m);
3606         }
3607
3608         if (update_wire_count)
3609                 vm_wire_sub(count);
3610 }
3611
3612 /*
3613  * Mark this page as wired down, preventing reclamation by the page daemon
3614  * or when the containing object is destroyed.
3615  */
3616 void
3617 vm_page_wire(vm_page_t m)
3618 {
3619         u_int old;
3620
3621         KASSERT(m->object != NULL,
3622             ("vm_page_wire: page %p does not belong to an object", m));
3623         if (!vm_page_busied(m))
3624                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3625         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 ||
3626             VPRC_WIRE_COUNT(m->ref_count) >= 1,
3627             ("vm_page_wire: fictitious page %p has zero wirings", m));
3628
3629         old = atomic_fetchadd_int(&m->ref_count, 1);
3630         KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) != VPRC_WIRE_COUNT_MAX,
3631             ("vm_page_wire: counter overflow for page %p", m));
3632         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 0)
3633                 vm_wire_add(1);
3634 }
3635
3636 /*
3637  * Attempt to wire a mapped page following a pmap lookup of that page.
3638  * This may fail if a thread is concurrently tearing down mappings of the page.
3639  */
3640 bool
3641 vm_page_wire_mapped(vm_page_t m)
3642 {
3643         u_int old;
3644
3645         old = m->ref_count;
3646         do {
3647                 KASSERT(old > 0,
3648                     ("vm_page_wire_mapped: wiring unreferenced page %p", m));
3649                 if ((old & VPRC_BLOCKED) != 0)
3650                         return (false);
3651         } while (!atomic_fcmpset_int(&m->ref_count, &old, old + 1));
3652
3653         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 0)
3654                 vm_wire_add(1);
3655         return (true);
3656 }
3657
3658 /*
3659  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
3660  * paged out.
3661  *
3662  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
3663  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
3664  * the page is added to the specified paging queue.  If the released wiring
3665  * represented the last reference to the page, the page is freed.
3666  *
3667  * A managed page must be locked.
3668  */
3669 void
3670 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue)
3671 {
3672         u_int old;
3673         bool locked;
3674
3675         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
3676             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p", queue, m));
3677
3678         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
3679                 if (vm_page_unwire_noq(m) && m->ref_count == 0)
3680                         vm_page_free(m);
3681                 return;
3682         }
3683
3684         /*
3685          * Update LRU state before releasing the wiring reference.
3686          * We only need to do this once since we hold the page lock.
3687          * Use a release store when updating the reference count to
3688          * synchronize with vm_page_free_prep().
3689          */
3690         old = m->ref_count;
3691         locked = false;
3692         do {
3693                 KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) > 0,
3694                     ("vm_page_unwire: wire count underflow for page %p", m));
3695                 if (!locked && VPRC_WIRE_COUNT(old) == 1) {
3696                         vm_page_lock(m);
3697                         locked = true;
3698                         if (queue == PQ_ACTIVE && vm_page_queue(m) == PQ_ACTIVE)
3699                                 vm_page_reference(m);
3700                         else
3701                                 vm_page_mvqueue(m, queue);
3702                 }
3703         } while (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->ref_count, &old, old - 1));
3704
3705         /*
3706          * Release the lock only after the wiring is released, to ensure that
3707          * the page daemon does not encounter and dequeue the page while it is
3708          * still wired.
3709          */
3710         if (locked)
3711                 vm_page_unlock(m);
3712
3713         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 1) {
3714                 vm_wire_sub(1);
3715                 if (old == 1)
3716                         vm_page_free(m);
3717         }
3718 }
3719
3720 /*
3721  * Unwire a page without (re-)inserting it into a page queue.  It is up
3722  * to the caller to enqueue, requeue, or free the page as appropriate.
3723  * In most cases involving managed pages, vm_page_unwire() should be used
3724  * instead.
3725  */
3726 bool
3727 vm_page_unwire_noq(vm_page_t m)
3728 {
3729         u_int old;
3730
3731         old = vm_page_drop(m, 1);
3732         KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) != 0,
3733             ("vm_page_unref: counter underflow for page %p", m));
3734         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 || VPRC_WIRE_COUNT(old) > 1,
3735             ("vm_page_unref: missing ref on fictitious page %p", m));
3736
3737         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) > 1)
3738                 return (false);
3739         vm_wire_sub(1);
3740         return (true);
3741 }
3742
3743 /*
3744  * Ensure that the page is in the specified page queue.  If the page is
3745  * active or being moved to the active queue, ensure that its act_count is
3746  * at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.  Otherwise, ensure that
3747  * the page is at the tail of its page queue.
3748  *
3749  * The page may be wired.  The caller should release its wiring reference
3750  * before releasing the page lock, otherwise the page daemon may immediately
3751  * dequeue the page.
3752  *
3753  * A managed page must be locked.
3754  */
3755 static __always_inline void
3756 vm_page_mvqueue(vm_page_t m, const uint8_t nqueue)
3757 {
3758
3759         vm_page_assert_locked(m);
3760         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3761             ("vm_page_mvqueue: page %p is unmanaged", m));
3762
3763         if (vm_page_queue(m) != nqueue) {
3764                 vm_page_dequeue(m);
3765                 vm_page_enqueue(m, nqueue);
3766         } else if (nqueue != PQ_ACTIVE) {
3767                 vm_page_requeue(m);
3768         }
3769
3770         if (nqueue == PQ_ACTIVE && m->act_count < ACT_INIT)
3771                 m->act_count = ACT_INIT;
3772 }
3773
3774 /*
3775  * Put the specified page on the active list (if appropriate).
3776  */
3777 void
3778 vm_page_activate(vm_page_t m)
3779 {
3780
3781         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_wired(m))
3782                 return;
3783         vm_page_mvqueue(m, PQ_ACTIVE);
3784 }
3785
3786 /*
3787  * Move the specified page to the tail of the inactive queue, or requeue
3788  * the page if it is already in the inactive queue.
3789  */
3790 void
3791 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
3792 {
3793
3794         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_wired(m))
3795                 return;
3796         vm_page_mvqueue(m, PQ_INACTIVE);
3797 }
3798
3799 /*
3800  * Move the specified page close to the head of the inactive queue,
3801  * bypassing LRU.  A marker page is used to maintain FIFO ordering.
3802  * As with regular enqueues, we use a per-CPU batch queue to reduce
3803  * contention on the page queue lock.
3804  */
3805 static void
3806 _vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
3807 {
3808
3809         vm_page_assert_locked(m);
3810
3811         if (!vm_page_inactive(m)) {
3812                 vm_page_dequeue(m);
3813                 m->queue = PQ_INACTIVE;
3814         }
3815         if ((m->aflags & PGA_REQUEUE_HEAD) == 0)
3816                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REQUEUE_HEAD);
3817         vm_page_pqbatch_submit(m, PQ_INACTIVE);
3818 }
3819
3820 void
3821 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
3822 {
3823
3824         KASSERT(m->object != NULL,
3825             ("vm_page_deactivate_noreuse: page %p has no object", m));
3826
3827         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_wired(m))
3828                 _vm_page_deactivate_noreuse(m);
3829 }
3830
3831 /*
3832  * Put a page in the laundry, or requeue it if it is already there.
3833  */
3834 void
3835 vm_page_launder(vm_page_t m)
3836 {
3837
3838         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_wired(m))
3839                 return;
3840         vm_page_mvqueue(m, PQ_LAUNDRY);
3841 }
3842
3843 /*
3844  * Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
3845  */
3846 void
3847 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
3848 {
3849
3850         vm_page_assert_locked(m);
3851         KASSERT(!vm_page_wired(m) && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3852             ("page %p already unswappable", m));
3853
3854         vm_page_dequeue(m);
3855         vm_page_enqueue(m, PQ_UNSWAPPABLE);
3856 }
3857
3858 static void
3859 vm_page_release_toq(vm_page_t m, int flags)
3860 {
3861
3862         vm_page_assert_locked(m);
3863
3864         /*
3865          * Use a check of the valid bits to determine whether we should
3866          * accelerate reclamation of the page.  The object lock might not be
3867          * held here, in which case the check is racy.  At worst we will either
3868          * accelerate reclamation of a valid page and violate LRU, or
3869          * unnecessarily defer reclamation of an invalid page.
3870          *
3871          * If we were asked to not cache the page, place it near the head of the
3872          * inactive queue so that is reclaimed sooner.
3873          */
3874         if ((flags & (VPR_TRYFREE | VPR_NOREUSE)) != 0 || m->valid == 0)
3875                 _vm_page_deactivate_noreuse(m);
3876         else if (vm_page_active(m))
3877                 vm_page_reference(m);
3878         else
3879                 vm_page_mvqueue(m, PQ_INACTIVE);
3880 }
3881
3882 /*
3883  * Unwire a page and either attempt to free it or re-add it to the page queues.
3884  */
3885 void
3886 vm_page_release(vm_page_t m, int flags)
3887 {
3888         vm_object_t object;
3889         u_int old;
3890         bool locked;
3891
3892         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3893             ("vm_page_release: page %p is unmanaged", m));
3894
3895         if ((flags & VPR_TRYFREE) != 0) {
3896                 for (;;) {
3897                         object = (vm_object_t)atomic_load_ptr(&m->object);
3898                         if (object == NULL)
3899                                 break;
3900                         /* Depends on type-stability. */
3901                         if (vm_page_busied(m) || !VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
3902                                 object = NULL;
3903                                 break;
3904                         }
3905                         if (object == m->object)
3906                                 break;
3907                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3908                 }
3909                 if (__predict_true(object != NULL)) {
3910                         vm_page_release_locked(m, flags);
3911                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3912                         return;
3913                 }
3914         }
3915
3916         /*
3917          * Update LRU state before releasing the wiring reference.
3918          * Use a release store when updating the reference count to
3919          * synchronize with vm_page_free_prep().
3920          */
3921         old = m->ref_count;
3922         locked = false;
3923         do {
3924                 KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) > 0,
3925                     ("vm_page_unwire: wire count underflow for page %p", m));
3926                 if (!locked && VPRC_WIRE_COUNT(old) == 1) {
3927                         vm_page_lock(m);
3928                         locked = true;
3929                         vm_page_release_toq(m, flags);
3930                 }
3931         } while (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->ref_count, &old, old - 1));
3932
3933         /*
3934          * Release the lock only after the wiring is released, to ensure that
3935          * the page daemon does not encounter and dequeue the page while it is
3936          * still wired.
3937          */
3938         if (locked)
3939                 vm_page_unlock(m);
3940
3941         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 1) {
3942                 vm_wire_sub(1);
3943                 if (old == 1)
3944                         vm_page_free(m);
3945         }
3946 }
3947
3948 /* See vm_page_release(). */
3949 void
3950 vm_page_release_locked(vm_page_t m, int flags)
3951 {
3952
3953         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3954         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3955             ("vm_page_release_locked: page %p is unmanaged", m));
3956
3957         if (vm_page_unwire_noq(m)) {
3958                 if ((flags & VPR_TRYFREE) != 0 &&
3959                     (m->object->ref_count == 0 || !pmap_page_is_mapped(m)) &&
3960                     m->dirty == 0 && !vm_page_busied(m)) {
3961                         vm_page_free(m);
3962                 } else {
3963                         vm_page_lock(m);
3964                         vm_page_release_toq(m, flags);
3965                         vm_page_unlock(m);
3966                 }
3967         }
3968 }
3969
3970 static bool
3971 vm_page_try_blocked_op(vm_page_t m, void (*op)(vm_page_t))
3972 {
3973         u_int old;
3974
3975         KASSERT(m->object != NULL && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3976             ("vm_page_try_blocked_op: page %p has no object", m));
3977         KASSERT(!vm_page_busied(m),
3978             ("vm_page_try_blocked_op: page %p is busy", m));
3979         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3980
3981         old = m->ref_count;
3982         do {
3983                 KASSERT(old != 0,
3984                     ("vm_page_try_blocked_op: page %p has no references", m));
3985                 if (VPRC_WIRE_COUNT(old) != 0)
3986                         return (false);
3987         } while (!atomic_fcmpset_int(&m->ref_count, &old, old | VPRC_BLOCKED));
3988
3989         (op)(m);
3990
3991         /*
3992          * If the object is read-locked, new wirings may be created via an
3993          * object lookup.
3994          */
3995         old = vm_page_drop(m, VPRC_BLOCKED);
3996         KASSERT(!VM_OBJECT_WOWNED(m->object) ||
3997             old == (VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF),
3998             ("vm_page_try_blocked_op: unexpected refcount value %u for %p",
3999             old, m));
4000         return (true);
4001 }
4002
4003 /*
4004  * Atomically check for wirings and remove all mappings of the page.
4005  */
4006 bool
4007 vm_page_try_remove_all(vm_page_t m)
4008 {
4009
4010         return (vm_page_try_blocked_op(m, pmap_remove_all));
4011 }
4012
4013 /*
4014  * Atomically check for wirings and remove all writeable mappings of the page.
4015  */
4016 bool
4017 vm_page_try_remove_write(vm_page_t m)
4018 {
4019
4020         return (vm_page_try_blocked_op(m, pmap_remove_write));
4021 }
4022
4023 /*
4024  * vm_page_advise
4025  *
4026  *      Apply the specified advice to the given page.
4027  *
4028  *      The object and page must be locked.
4029  */
4030 void
4031 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
4032 {
4033
4034         vm_page_assert_locked(m);
4035         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4036         if (advice == MADV_FREE)
4037                 /*
4038                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
4039                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
4040                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
4041                  * would result in a page fault on a later access.
4042                  */
4043                 vm_page_undirty(m);
4044         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
4045                 if (advice == MADV_WILLNEED)
4046                         vm_page_activate(m);
4047                 return;
4048         }
4049
4050         /*
4051          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
4052          * immediately reactivate the page.
4053          */
4054         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
4055
4056         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
4057                 vm_page_dirty(m);
4058
4059         /*
4060          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
4061          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
4062          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
4063          * laundry are moved there.
4064          */
4065         if (m->dirty == 0)
4066                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
4067         else if (!vm_page_in_laundry(m))
4068                 vm_page_launder(m);
4069 }
4070
4071 /*
4072  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
4073  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
4074  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
4075  * and then conditionally zero it.
4076  *
4077  * This routine may sleep.
4078  *
4079  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
4080  * and reacquired if the routine sleeps.
4081  */
4082 vm_page_t
4083 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4084 {
4085         vm_page_t m;
4086         int sleep;
4087         int pflags;
4088
4089         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4090         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4091             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4092             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
4093         pflags = allocflags &
4094             ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
4095         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) == 0)
4096                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
4097 retrylookup:
4098         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
4099                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
4100                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
4101                 if (sleep) {
4102                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
4103                                 return (NULL);
4104                         /*
4105                          * Reference the page before unlocking and
4106                          * sleeping so that the page daemon is less
4107                          * likely to reclaim it.
4108                          */
4109                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) == 0)
4110                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4111                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
4112                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
4113                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
4114                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WAITFAIL) != 0)
4115                                 return (NULL);
4116                         goto retrylookup;
4117                 } else {
4118                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4119                                 vm_page_wire(m);
4120                         if ((allocflags &
4121                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
4122                                 vm_page_xbusy(m);
4123                         else if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
4124                                 vm_page_sbusy(m);
4125                         return (m);
4126                 }
4127         }
4128         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4129                 return (NULL);
4130         m = vm_page_alloc(object, pindex, pflags);
4131         if (m == NULL) {
4132                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
4133                         return (NULL);
4134                 goto retrylookup;
4135         }
4136         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
4137                 pmap_zero_page(m);
4138         return (m);
4139 }
4140
4141 /*
4142  * Grab a page and make it valid, paging in if necessary.  Pages missing from
4143  * their pager are zero filled and validated.
4144  */
4145 int
4146 vm_page_grab_valid(vm_page_t *mp, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4147 {
4148         vm_page_t m;
4149         bool sleep, xbusy;
4150         int pflags;
4151         int rv;
4152
4153         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4154             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4155             ("vm_page_grab_valid: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
4156         KASSERT((allocflags &
4157             (VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITFAIL | VM_ALLOC_ZERO)) == 0,
4158             ("vm_page_grab_valid: Invalid flags 0x%X", allocflags));
4159         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4160         pflags = allocflags & ~(VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY);
4161         pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
4162
4163 retrylookup:
4164         xbusy = false;
4165         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
4166                 /*
4167                  * If the page is fully valid it can only become invalid
4168                  * with the object lock held.  If it is not valid it can
4169                  * become valid with the busy lock held.  Therefore, we
4170                  * may unnecessarily lock the exclusive busy here if we
4171                  * race with I/O completion not using the object lock.
4172                  * However, we will not end up with an invalid page and a
4173                  * shared lock.
4174                  */
4175                 if (m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL ||
4176                     (allocflags & (VM_ALLOC_IGN_SBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0) {
4177                         sleep = !vm_page_tryxbusy(m);
4178                         xbusy = true;
4179                 } else
4180                         sleep = !vm_page_trysbusy(m);
4181                 if (sleep) {
4182                         /*
4183                          * Reference the page before unlocking and
4184                          * sleeping so that the page daemon is less
4185                          * likely to reclaim it.
4186                          */
4187                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) == 0)
4188                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4189                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
4190                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
4191                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
4192                         goto retrylookup;
4193                 }
4194                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0 &&
4195                    m->valid != VM_PAGE_BITS_ALL) {
4196                         if (xbusy)
4197                                 vm_page_xunbusy(m);
4198                         else
4199                                 vm_page_sunbusy(m);
4200                         *mp = NULL;
4201                         return (VM_PAGER_FAIL);
4202                 }
4203                 if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4204                         vm_page_wire(m);
4205                 if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL)
4206                         goto out;
4207         } else if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0) {
4208                 *mp = NULL;
4209                 return (VM_PAGER_FAIL);
4210         } else if ((m = vm_page_alloc(object, pindex, pflags)) != NULL) {
4211                 xbusy = true;
4212         } else {
4213                 goto retrylookup;
4214         }
4215
4216         vm_page_assert_xbusied(m);
4217         MPASS(xbusy);
4218         if (vm_pager_has_page(object, pindex, NULL, NULL)) {
4219                 rv = vm_pager_get_pages(object, &m, 1, NULL, NULL);
4220                 if (rv != VM_PAGER_OK) {
4221                         if (allocflags & VM_ALLOC_WIRED)
4222                                 vm_page_unwire_noq(m);
4223                         vm_page_free(m);
4224                         *mp = NULL;
4225                         return (rv);
4226                 }
4227                 MPASS(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL);
4228         } else {
4229                 vm_page_zero_invalid(m, TRUE);
4230         }
4231 out:
4232         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) != 0) {
4233                 if (xbusy)
4234                         vm_page_xunbusy(m);
4235                 else
4236                         vm_page_sunbusy(m);
4237         }
4238         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0 && xbusy)
4239                 vm_page_busy_downgrade(m);
4240         *mp = m;
4241         return (VM_PAGER_OK);
4242 }
4243
4244 /*
4245  * Return the specified range of pages from the given object.  For each
4246  * page offset within the range, if a page already exists within the object
4247  * at that offset and it is busy, then wait for it to change state.  If,
4248  * instead, the page doesn't exist, then allocate it.
4249  *
4250  * The caller must always specify an allocation class.
4251  *
4252  * allocation classes:
4253  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
4254  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs the pages
4255  *
4256  * The caller must always specify that the pages are to be busied and/or
4257  * wired.
4258  *
4259  * optional allocation flags:
4260  *      VM_ALLOC_IGN_SBUSY      do not sleep on soft busy pages
4261  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
4262  *      VM_ALLOC_NOWAIT         do not sleep
4263  *      VM_ALLOC_SBUSY          set page to sbusy state
4264  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the pages
4265  *      VM_ALLOC_ZERO           zero and validate any invalid pages
4266  *
4267  * If VM_ALLOC_NOWAIT is not specified, this routine may sleep.  Otherwise, it
4268  * may return a partial prefix of the requested range.
4269  */
4270 int
4271 vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
4272     vm_page_t *ma, int count)
4273 {
4274         vm_page_t m, mpred;
4275         int pflags;
4276         int i;
4277         bool sleep;
4278
4279         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4280         KASSERT(((u_int)allocflags >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT) == 0,
4281             ("vm_page_grap_pages: VM_ALLOC_COUNT() is not allowed"));
4282         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0 ||
4283             (allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0,
4284             ("vm_page_grab_pages: the pages must be busied or wired"));
4285         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4286             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4287             ("vm_page_grab_pages: VM_ALLOC_SBUSY/IGN_SBUSY mismatch"));
4288         if (count == 0)
4289                 return (0);
4290         pflags = allocflags & ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK |
4291             VM_ALLOC_WAITFAIL | VM_ALLOC_IGN_SBUSY);
4292         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) == 0)
4293                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
4294         i = 0;
4295 retrylookup:
4296         m = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex + i);
4297         if (m == NULL || m->pindex != pindex + i) {
4298                 mpred = m;
4299                 m = NULL;
4300         } else
4301                 mpred = TAILQ_PREV(m, pglist, listq);
4302         for (; i < count; i++) {
4303                 if (m != NULL) {
4304                         sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
4305                             vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
4306                         if (sleep) {
4307                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
4308                                         break;
4309                                 /*
4310                                  * Reference the page before unlocking and
4311                                  * sleeping so that the page daemon is less
4312                                  * likely to reclaim it.
4313                                  */
4314                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) == 0)
4315                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4316                                 vm_page_busy_sleep(m, "grbmaw", (allocflags &
4317                                     VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
4318                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
4319                                 goto retrylookup;
4320                         }
4321                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4322                                 vm_page_wire(m);
4323                         if ((allocflags & (VM_ALLOC_NOBUSY |
4324                             VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
4325                                 vm_page_xbusy(m);
4326                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
4327                                 vm_page_sbusy(m);
4328                 } else {
4329                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4330                                 break;
4331                         m = vm_page_alloc_after(object, pindex + i,
4332                             pflags | VM_ALLOC_COUNT(count - i), mpred);
4333                         if (m == NULL) {
4334                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
4335                                         break;
4336                                 goto retrylookup;
4337                         }
4338                 }
4339                 if (m->valid == 0 && (allocflags & VM_ALLOC_ZERO) != 0) {
4340                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4341                                 pmap_zero_page(m);
4342                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
4343                 }
4344                 ma[i] = mpred = m;
4345                 m = vm_page_next(m);
4346         }
4347         return (i);
4348 }
4349
4350 /*
4351  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
4352  *
4353  * Inputs are required to range within a page.
4354  */
4355 vm_page_bits_t
4356 vm_page_bits(int base, int size)
4357 {
4358         int first_bit;
4359         int last_bit;
4360
4361         KASSERT(
4362             base + size <= PAGE_SIZE,
4363             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
4364         );
4365
4366         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
4367                 return (0);
4368
4369         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
4370         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
4371
4372         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
4373             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
4374 }
4375
4376 /*
4377  *      vm_page_set_valid_range:
4378  *
4379  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
4380  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
4381  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
4382  *      such chunks will be zeroed.
4383  *
4384  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
4385  */
4386 void
4387 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
4388 {
4389         int endoff, frag;
4390
4391         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4392         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
4393                 return;
4394
4395         /*
4396          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
4397          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
4398          * first block.
4399          */
4400         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
4401             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
4402                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
4403
4404         /*
4405          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
4406          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
4407          * the last block.
4408          */
4409         endoff = base + size;
4410         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
4411             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
4412                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
4413                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
4414
4415         /*
4416          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
4417          * is already dirty.
4418          */
4419         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
4420             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
4421
4422         /*
4423          * Set valid bits inclusive of any overlap.
4424          */
4425         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
4426 }
4427
4428 /*
4429  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
4430  */
4431 static __inline void
4432 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
4433 {
4434         uintptr_t addr;
4435 #if PAGE_SIZE < 16384
4436         int shift;
4437 #endif
4438
4439         /*
4440          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
4441          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
4442          * set by a concurrent pmap operation.
4443          */
4444         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4445         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
4446                 m->dirty &= ~pagebits;
4447         else {
4448                 /*
4449                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
4450                  * holding a distinguished lock.  The combination of
4451                  * the object's lock and an atomic operation suffice
4452                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
4453                  *
4454                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
4455                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
4456                  * alignment is needed. Only require existence of
4457                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
4458                  */
4459                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
4460 #if PAGE_SIZE == 32768
4461                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
4462 #elif PAGE_SIZE == 16384
4463                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
4464 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
4465                 /*
4466                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
4467                  * containing aligned word, to not depend on the existence
4468                  * of atomic_clear_{8, 16}.
4469                  */
4470                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
4471 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
4472                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
4473 #else
4474                 shift *= NBBY;
4475 #endif
4476                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
4477                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
4478 #endif          /* PAGE_SIZE */
4479         }
4480 }
4481
4482 /*
4483  *      vm_page_set_validclean:
4484  *
4485  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
4486  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
4487  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
4488  *      such chunks will be zero'd.
4489  *
4490  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
4491  */
4492 void
4493 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
4494 {
4495         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
4496         int endoff, frag;
4497
4498         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4499         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
4500                 return;
4501
4502         /*
4503          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
4504          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
4505          * first block.
4506          */
4507         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
4508             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
4509                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
4510
4511         /*
4512          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
4513          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
4514          * the last block.
4515          */
4516         endoff = base + size;
4517         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
4518             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
4519                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
4520                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
4521
4522         /*
4523          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
4524          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
4525          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
4526          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
4527          * be set again.
4528          *
4529          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
4530          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
4531          * the range.
4532          */
4533         oldvalid = m->valid;
4534         pagebits = vm_page_bits(base, size);
4535         m->valid |= pagebits;
4536 #if 0   /* NOT YET */
4537         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
4538                 frag = DEV_BSIZE - frag;
4539                 base += frag;
4540                 size -= frag;
4541                 if (size < 0)
4542                         size = 0;
4543         }
4544         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
4545 #endif
4546         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
4547                 /*
4548                  * The page can only be modified within the pmap if it is
4549                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
4550                  * fully valid.
4551                  */
4552                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
4553                         /*
4554                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
4555                          * a concurrent pmap operation, such as
4556                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
4557                          * pmap and set the dirty field on the page before
4558                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
4559                          * field was cleared here.
4560                          */
4561                         pmap_clear_modify(m);
4562                 m->dirty = 0;
4563                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
4564         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
4565                 m->dirty &= ~pagebits;
4566         else
4567                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
4568 }
4569
4570 void
4571 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
4572 {
4573
4574         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
4575 }
4576
4577 /*
4578  *      vm_page_set_invalid:
4579  *
4580  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
4581  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
4582  */
4583 void
4584 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
4585 {
4586         vm_page_bits_t bits;
4587         vm_object_t object;
4588
4589         object = m->object;
4590         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4591         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
4592             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
4593                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
4594         else
4595                 bits = vm_page_bits(base, size);
4596         if (object->ref_count != 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL &&
4597             bits != 0)
4598                 pmap_remove_all(m);
4599         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
4600             !pmap_page_is_mapped(m),
4601             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
4602         m->valid &= ~bits;
4603         m->dirty &= ~bits;
4604 }
4605
4606 /*
4607  * vm_page_zero_invalid()
4608  *
4609  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
4610  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
4611  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
4612  *      page so user code sees what it expects.
4613  *
4614  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
4615  *      into memory and the file's size is not page aligned.
4616  */
4617 void
4618 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
4619 {
4620         int b;
4621         int i;
4622
4623         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4624         /*
4625          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
4626          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
4627          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
4628          * vm_page_set_validclean().
4629          */
4630         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
4631                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
4632                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
4633                         if (i > b) {
4634                                 pmap_zero_page_area(m,
4635                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
4636                         }
4637                         b = i + 1;
4638                 }
4639         }
4640
4641         /*
4642          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
4643          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
4644          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
4645          */
4646         if (setvalid)
4647                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
4648 }
4649
4650 /*
4651  *      vm_page_is_valid:
4652  *
4653  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
4654  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
4655  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
4656  */
4657 int
4658 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
4659 {
4660         vm_page_bits_t bits;
4661
4662         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4663         bits = vm_page_bits(base, size);
4664         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
4665 }
4666
4667 /*
4668  * Returns true if all of the specified predicates are true for the entire
4669  * (super)page and false otherwise.
4670  */
4671 bool
4672 vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m)
4673 {
4674         vm_object_t object;
4675         int i, npages;
4676
4677         object = m->object;
4678         if (skip_m != NULL && skip_m->object != object)
4679                 return (false);
4680         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
4681         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
4682
4683         /*
4684          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
4685          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
4686          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
4687          */
4688         for (i = 0; i < npages; i++) {
4689                 /* Always test object consistency, including "skip_m". */
4690                 if (m[i].object != object)
4691                         return (false);
4692                 if (&m[i] == skip_m)
4693                         continue;
4694                 if ((flags & PS_NONE_BUSY) != 0 && vm_page_busied(&m[i]))
4695                         return (false);
4696                 if ((flags & PS_ALL_DIRTY) != 0) {
4697                         /*
4698                          * Calling vm_page_test_dirty() or pmap_is_modified()
4699                          * might stop this case from spuriously returning
4700                          * "false".  However, that would require a write lock
4701                          * on the object containing "m[i]".
4702                          */
4703                         if (m[i].dirty != VM_PAGE_BITS_ALL)
4704                                 return (false);
4705                 }
4706                 if ((flags & PS_ALL_VALID) != 0 &&
4707                     m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
4708                         return (false);
4709         }
4710         return (true);
4711 }
4712
4713 /*
4714  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
4715  */
4716 void
4717 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
4718 {
4719
4720         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4721         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
4722                 vm_page_dirty(m);
4723 }
4724
4725 void
4726 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4727 {
4728
4729         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
4730 }
4731
4732 void
4733 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4734 {
4735
4736         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
4737 }
4738
4739 int
4740 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4741 {
4742
4743         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
4744 }
4745
4746 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
4747 void
4748 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4749 {
4750
4751         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
4752 }
4753
4754 void
4755 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
4756 {
4757
4758         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
4759 }
4760 #endif
4761
4762 #ifdef INVARIANTS
4763 void
4764 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
4765 {
4766
4767         /*
4768          * Certain of the page's fields may only be modified by the
4769          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
4770          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
4771          * not recorded, and thus cannot be checked here.
4772          */
4773         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
4774                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4775 }
4776
4777 void
4778 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits)
4779 {
4780
4781         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
4782                 return;
4783
4784         /*
4785          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
4786          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
4787          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
4788          */
4789         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4790             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
4791         if (!vm_page_xbusied(m))
4792                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4793 }
4794 #endif
4795
4796 #include "opt_ddb.h"
4797 #ifdef DDB
4798 #include <sys/kernel.h>
4799
4800 #include <ddb/ddb.h>
4801
4802 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
4803 {
4804
4805         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_free_count());
4806         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_inactive_count());
4807         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_active_count());
4808         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_laundry_count());
4809         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_wire_count());
4810         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
4811         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
4812         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
4813         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
4814 }
4815
4816 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
4817 {
4818         int dom;
4819
4820         db_printf("pq_free %d\n", vm_free_count());
4821         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
4822                 db_printf(
4823     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
4824                     dom,
4825                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
4826                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
4827                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
4828                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
4829                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
4830                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
4831         }
4832 }
4833
4834 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
4835 {
4836         vm_page_t m;
4837         boolean_t phys, virt;
4838
4839         if (!have_addr) {
4840                 db_printf("show pginfo addr\n");
4841                 return;
4842         }
4843
4844         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
4845         virt = strchr(modif, 'v') != NULL;
4846         if (virt)
4847                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(addr));
4848         else if (phys)
4849                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
4850         else
4851                 m = (vm_page_t)addr;
4852         db_printf(
4853     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d ref %u\n"
4854     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
4855             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
4856             m->queue, m->ref_count, m->aflags, m->oflags,
4857             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
4858 }
4859 #endif /* DDB */