sys/vm/vm_page.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
   5  *
   6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
  34  */
  35
  36 /*-
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  */
  62
  63 /*
  64  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
  65  *
  66  *      - A page queue lock is required when adding or removing a page from a
  67  *        page queue regardless of other locks or the busy state of a page.
  68  *
  69  *              * In general, no thread besides the page daemon can acquire or
  70  *                hold more than one page queue lock at a time.
  71  *
  72  *              * The page daemon can acquire and hold any pair of page queue
  73  *                locks in any order.
  74  *
  75  *      - The object lock is required when inserting or removing
  76  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
  77  *
  78  */
  79
  80 /*
  81  *      Resident memory management module.
  82  */
  83
  84 #include <sys/cdefs.h>
  85 __FBSDID("$FreeBSD$");
  86
  87 #include "opt_vm.h"
  88
  89 #include <sys/param.h>
  90 #include <sys/systm.h>
  91 #include <sys/lock.h>
  92 #include <sys/kernel.h>
  93 #include <sys/limits.h>
  94 #include <sys/linker.h>
  95 #include <sys/malloc.h>
  96 #include <sys/mman.h>
  97 #include <sys/msgbuf.h>
  98 #include <sys/mutex.h>
  99 #include <sys/proc.h>
 100 #include <sys/rwlock.h>
 101 #include <sys/sbuf.h>
 102 #include <sys/smp.h>
 103 #include <sys/sysctl.h>
 104 #include <sys/vmmeter.h>
 105 #include <sys/vnode.h>
 106
 107 #include <vm/vm.h>
 108 #include <vm/pmap.h>
 109 #include <vm/vm_param.h>
 110 #include <vm/vm_kern.h>
 111 #include <vm/vm_object.h>
 112 #include <vm/vm_page.h>
 113 #include <vm/vm_pageout.h>
 114 #include <vm/vm_pager.h>
 115 #include <vm/vm_phys.h>
 116 #include <vm/vm_radix.h>
 117 #include <vm/vm_reserv.h>
 118 #include <vm/vm_extern.h>
 119 #include <vm/uma.h>
 120 #include <vm/uma_int.h>
 121
 122 #include <machine/md_var.h>
 123
 124 /*
 125  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
 126  *      page structure.
 127  */
 128
 129 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
 130 struct mtx_padalign vm_page_queue_free_mtx;
 131
 132 struct mtx_padalign pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
 133
 134 /*
 135  * bogus page -- for I/O to/from partially complete buffers,
 136  * or for paging into sparsely invalid regions.
 137  */
 138 vm_page_t bogus_page;
 139
 140 vm_page_t vm_page_array;
 141 long vm_page_array_size;
 142 long first_page;
 143
 144 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
 145 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 146     &boot_pages, 0,
 147     "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
 148
 149 static int pa_tryrelock_restart;
 150 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
 151     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
 152
 153 static TAILQ_HEAD(, vm_page) blacklist_head;
 154 static int sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 155 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, page_blacklist, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD |
 156     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, sysctl_vm_page_blacklist, "A", "Blacklist pages");
 157
 158 /* Is the page daemon waiting for free pages? */
 159 static int vm_pageout_pages_needed;
 160
 161 static uma_zone_t fakepg_zone;
 162
 163 static void vm_page_alloc_check(vm_page_t m);
 164 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
 165 static void vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m);
 166 static void vm_page_free_wakeup(void);
 167 static void vm_page_init(void *dummy);
 168 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
 169     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
 170 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
 171     vm_page_t mpred);
 172 static int vm_page_reclaim_run(int req_class, u_long npages, vm_page_t m_run,
 173     vm_paddr_t high);
 174
 175 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init, NULL);
 176
 177 static void
 178 vm_page_init(void *dummy)
 179 {
 180
 181         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
 182             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM);
 183         bogus_page = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ |
 184             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED);
 185 }
 186
 187 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
 188 #if PAGE_SIZE == 32768
 189 #ifdef CTASSERT
 190 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
 191 #endif
 192 #endif
 193
 194 /*
 195  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
 196  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
 197  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
 198  * the virtual to physical mapping has changed.
 199  */
 200 int
 201 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
 202 {
 203         vm_paddr_t lockpa;
 204
 205         lockpa = *locked;
 206         *locked = pa;
 207         if (lockpa) {
 208                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
 209                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
 210                         return (0);
 211                 PA_UNLOCK(lockpa);
 212         }
 213         if (PA_TRYLOCK(pa))
 214                 return (0);
 215         PMAP_UNLOCK(pmap);
 216         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
 217         PA_LOCK(pa);
 218         PMAP_LOCK(pmap);
 219         return (EAGAIN);
 220 }
 221
 222 /*
 223  *      vm_set_page_size:
 224  *
 225  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
 226  *      size.  Must be called before any use of page-size
 227  *      dependent functions.
 228  */
 229 void
 230 vm_set_page_size(void)
 231 {
 232         if (vm_cnt.v_page_size == 0)
 233                 vm_cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
 234         if (((vm_cnt.v_page_size - 1) & vm_cnt.v_page_size) != 0)
 235                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
 236 }
 237
 238 /*
 239  *      vm_page_blacklist_next:
 240  *
 241  *      Find the next entry in the provided string of blacklist
 242  *      addresses.  Entries are separated by space, comma, or newline.
 243  *      If an invalid integer is encountered then the rest of the
 244  *      string is skipped.  Updates the list pointer to the next
 245  *      character, or NULL if the string is exhausted or invalid.
 246  */
 247 static vm_paddr_t
 248 vm_page_blacklist_next(char **list, char *end)
 249 {
 250         vm_paddr_t bad;
 251         char *cp, *pos;
 252
 253         if (list == NULL || *list == NULL)
 254                 return (0);
 255         if (**list =='\0') {
 256                 *list = NULL;
 257                 return (0);
 258         }
 259
 260         /*
 261          * If there's no end pointer then the buffer is coming from
 262          * the kenv and we know it's null-terminated.
 263          */
 264         if (end == NULL)
 265                 end = *list + strlen(*list);
 266
 267         /* Ensure that strtoq() won't walk off the end */
 268         if (*end != '\0') {
 269                 if (*end == '\n' || *end == ' ' || *end  == ',')
 270                         *end = '\0';
 271                 else {
 272                         printf("Blacklist not terminated, skipping\n");
 273                         *list = NULL;
 274                         return (0);
 275                 }
 276         }
 277
 278         for (pos = *list; *pos != '\0'; pos = cp) {
 279                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
 280                 if (*cp == '\0' || *cp == ' ' || *cp == ',' || *cp == '\n') {
 281                         if (bad == 0) {
 282                                 if (++cp < end)
 283                                         continue;
 284                                 else
 285                                         break;
 286                         }
 287                 } else
 288                         break;
 289                 if (*cp == '\0' || ++cp >= end)
 290                         *list = NULL;
 291                 else
 292                         *list = cp;
 293                 return (trunc_page(bad));
 294         }
 295         printf("Garbage in RAM blacklist, skipping\n");
 296         *list = NULL;
 297         return (0);
 298 }
 299
 300 /*
 301  *      vm_page_blacklist_check:
 302  *
 303  *      Iterate through the provided string of blacklist addresses, pulling
 304  *      each entry out of the physical allocator free list and putting it
 305  *      onto a list for reporting via the vm.page_blacklist sysctl.
 306  */
 307 static void
 308 vm_page_blacklist_check(char *list, char *end)
 309 {
 310         vm_paddr_t pa;
 311         vm_page_t m;
 312         char *next;
 313         int ret;
 314
 315         next = list;
 316         while (next != NULL) {
 317                 if ((pa = vm_page_blacklist_next(&next, end)) == 0)
 318                         continue;
 319                 m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
 320                 if (m == NULL)
 321                         continue;
 322                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
 323                 ret = vm_phys_unfree_page(m);
 324                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
 325                 if (ret == TRUE) {
 326                         TAILQ_INSERT_TAIL(&blacklist_head, m, listq);
 327                         if (bootverbose)
 328                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
 329                                     (uintmax_t)pa);
 330                 }
 331         }
 332 }
 333
 334 /*
 335  *      vm_page_blacklist_load:
 336  *
 337  *      Search for a special module named "ram_blacklist".  It'll be a
 338  *      plain text file provided by the user via the loader directive
 339  *      of the same name.
 340  */
 341 static void
 342 vm_page_blacklist_load(char **list, char **end)
 343 {
 344         void *mod;
 345         u_char *ptr;
 346         u_int len;
 347
 348         mod = NULL;
 349         ptr = NULL;
 350
 351         mod = preload_search_by_type("ram_blacklist");
 352         if (mod != NULL) {
 353                 ptr = preload_fetch_addr(mod);
 354                 len = preload_fetch_size(mod);
 355         }
 356         *list = ptr;
 357         if (ptr != NULL)
 358                 *end = ptr + len;
 359         else
 360                 *end = NULL;
 361         return;
 362 }
 363
 364 static int
 365 sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 366 {
 367         vm_page_t m;
 368         struct sbuf sbuf;
 369         int error, first;
 370
 371         first = 1;
 372         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 373         if (error != 0)
 374                 return (error);
 375         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 376         TAILQ_FOREACH(m, &blacklist_head, listq) {
 377                 sbuf_printf(&sbuf, "%s%#jx", first ? "" : ",",
 378                     (uintmax_t)m->phys_addr);
 379                 first = 0;
 380         }
 381         error = sbuf_finish(&sbuf);
 382         sbuf_delete(&sbuf);
 383         return (error);
 384 }
 385
 386 static void
 387 vm_page_domain_init(struct vm_domain *vmd)
 388 {
 389         struct vm_pagequeue *pq;
 390         int i;
 391
 392         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
 393             "vm inactive pagequeue";
 394         *__DECONST(u_int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_vcnt) =
 395             &vm_cnt.v_inactive_count;
 396         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
 397             "vm active pagequeue";
 398         *__DECONST(u_int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_vcnt) =
 399             &vm_cnt.v_active_count;
 400         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_name) =
 401             "vm laundry pagequeue";
 402         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_vcnt) =
 403             &vm_cnt.v_laundry_count;
 404         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_name) =
 405             "vm unswappable pagequeue";
 406         /* Unswappable dirty pages are counted as being in the laundry. */
 407         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_vcnt) =
 408             &vm_cnt.v_laundry_count;
 409         vmd->vmd_page_count = 0;
 410         vmd->vmd_free_count = 0;
 411         vmd->vmd_segs = 0;
 412         vmd->vmd_oom = FALSE;
 413         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
 414                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
 415                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
 416                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
 417                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
 418         }
 419 }
 420
 421 /*
 422  *      vm_page_startup:
 423  *
 424  *      Initializes the resident memory module.  Allocates physical memory for
 425  *      bootstrapping UMA and some data structures that are used to manage
 426  *      physical pages.  Initializes these structures, and populates the free
 427  *      page queues.
 428  */
 429 vm_offset_t
 430 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
 431 {
 432         vm_offset_t mapped;
 433         vm_paddr_t high_avail, low_avail, page_range, size;
 434         vm_paddr_t new_end;
 435         int i;
 436         vm_paddr_t pa;
 437         vm_paddr_t last_pa;
 438         char *list, *listend;
 439         vm_paddr_t end;
 440         vm_paddr_t biggestsize;
 441         int biggestone;
 442         int pages_per_zone;
 443
 444         biggestsize = 0;
 445         biggestone = 0;
 446         vaddr = round_page(vaddr);
 447
 448         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
 449                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
 450                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
 451         }
 452         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
 453                 size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
 454                 if (size > biggestsize) {
 455                         biggestone = i;
 456                         biggestsize = size;
 457                 }
 458         }
 459
 460         end = phys_avail[biggestone+1];
 461
 462         /*
 463          * Initialize the page and queue locks.
 464          */
 465         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
 466         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
 467                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
 468         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 469                 vm_page_domain_init(&vm_dom[i]);
 470
 471         /*
 472          * Almost all of the pages needed for bootstrapping UMA are used
 473          * for zone structures, so if the number of CPUs results in those
 474          * structures taking more than one page each, we set aside more pages
 475          * in proportion to the zone structure size.
 476          */
 477         pages_per_zone = howmany(sizeof(struct uma_zone) +
 478             sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1), UMA_SLAB_SIZE);
 479         if (pages_per_zone > 1) {
 480                 /* Reserve more pages so that we don't run out. */
 481                 boot_pages = UMA_BOOT_PAGES_ZONES * pages_per_zone;
 482         }
 483
 484         /*
 485          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
 486          * allocator.
 487          *
 488          * CTFLAG_RDTUN doesn't work during the early boot process, so we must
 489          * manually fetch the value.
 490          */
 491         TUNABLE_INT_FETCH("vm.boot_pages", &boot_pages);
 492         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
 493         new_end = trunc_page(new_end);
 494         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
 495             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 496         bzero((void *)mapped, end - new_end);
 497         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
 498
 499 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__arm__) || \
 500     defined(__i386__) || defined(__mips__)
 501         /*
 502          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
 503          * needs to be included in a minidump.
 504          *
 505          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
 506          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
 507          *
 508          * However, i386 still needs this workspace internally within the
 509          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
 510          * included should the sf_buf code decide to use them.
 511          */
 512         last_pa = 0;
 513         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 514                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
 515                         last_pa = dump_avail[i + 1];
 516         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
 517         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
 518         new_end -= vm_page_dump_size;
 519         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
 520             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 521         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
 522 #endif
 523 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
 524         /*
 525          * Include the UMA bootstrap pages and vm_page_dump in a crash dump.
 526          * When pmap_map() uses the direct map, they are not automatically
 527          * included.
 528          */
 529         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
 530                 dump_add_page(pa);
 531 #endif
 532         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
 533 #ifdef __amd64__
 534         /*
 535          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
 536          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
 537          * through the direct map, they are not automatically included.
 538          */
 539         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
 540         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
 541         while (pa < last_pa) {
 542                 dump_add_page(pa);
 543                 pa += PAGE_SIZE;
 544         }
 545 #endif
 546         /*
 547          * Compute the number of pages of memory that will be available for
 548          * use, taking into account the overhead of a page structure per page.
 549          * In other words, solve
 550          *      "available physical memory" - round_page(page_range *
 551          *          sizeof(struct vm_page)) = page_range * PAGE_SIZE
 552          * for page_range.
 553          */
 554         low_avail = phys_avail[0];
 555         high_avail = phys_avail[1];
 556         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
 557                 if (vm_phys_segs[i].start < low_avail)
 558                         low_avail = vm_phys_segs[i].start;
 559                 if (vm_phys_segs[i].end > high_avail)
 560                         high_avail = vm_phys_segs[i].end;
 561         }
 562         /* Skip the first chunk.  It is already accounted for. */
 563         for (i = 2; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
 564                 if (phys_avail[i] < low_avail)
 565                         low_avail = phys_avail[i];
 566                 if (phys_avail[i + 1] > high_avail)
 567                         high_avail = phys_avail[i + 1];
 568         }
 569         first_page = low_avail / PAGE_SIZE;
 570 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
 571         size = 0;
 572         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++)
 573                 size += vm_phys_segs[i].end - vm_phys_segs[i].start;
 574         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 575                 size += phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
 576         page_range = size / (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page));
 577 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
 578         /*
 579          * In the VM_PHYSSEG_DENSE case, the number of pages can account for
 580          * the overhead of a page structure per page only if vm_page_array is
 581          * allocated from the last physical memory chunk.  Otherwise, we must
 582          * allocate page structures representing the physical memory
 583          * underlying vm_page_array, even though they will not be used.
 584          */
 585         if (new_end == high_avail)
 586                 page_range = (high_avail - low_avail) / (PAGE_SIZE +
 587                     sizeof(struct vm_page));
 588         else
 589                 page_range = high_avail / PAGE_SIZE - first_page;
 590 #else
 591 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
 592 #endif
 593         end = new_end;
 594
 595         /*
 596          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
 597          * However, because this page is allocated from KVM, out-of-bounds
 598          * accesses using the direct map will not be trapped.
 599          */
 600         vaddr += PAGE_SIZE;
 601
 602         /*
 603          * Allocate physical memory for the page structures, and map it.
 604          */
 605         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
 606         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
 607             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
 608         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
 609 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 610         /*
 611          * Allocate physical memory for the reservation management system's
 612          * data structures, and map it.
 613          */
 614         if (high_avail == end)
 615                 high_avail = new_end;
 616         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_avail);
 617 #endif
 618 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
 619         /*
 620          * Include vm_page_array and vm_reserv_array in a crash dump.
 621          */
 622         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
 623                 dump_add_page(pa);
 624 #endif
 625         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
 626
 627         /*
 628          * Add physical memory segments corresponding to the available
 629          * physical pages.
 630          */
 631         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
 632                 vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
 633
 634         /*
 635          * Clear all of the page structures
 636          */
 637         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
 638         for (i = 0; i < page_range; i++)
 639                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
 640         vm_page_array_size = page_range;
 641
 642         /*
 643          * Initialize the physical memory allocator.
 644          */
 645         vm_phys_init();
 646
 647         /*
 648          * Add every available physical page that is not blacklisted to
 649          * the free lists.
 650          */
 651         vm_cnt.v_page_count = 0;
 652         vm_cnt.v_free_count = 0;
 653         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
 654                 pa = phys_avail[i];
 655                 last_pa = phys_avail[i + 1];
 656                 while (pa < last_pa) {
 657                         vm_phys_add_page(pa);
 658                         pa += PAGE_SIZE;
 659                 }
 660         }
 661
 662         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
 663         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
 664         vm_page_blacklist_check(list, listend);
 665
 666         list = kern_getenv("vm.blacklist");
 667         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
 668
 669         freeenv(list);
 670 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 671         /*
 672          * Initialize the reservation management system.
 673          */
 674         vm_reserv_init();
 675 #endif
 676         return (vaddr);
 677 }
 678
 679 void
 680 vm_page_reference(vm_page_t m)
 681 {
 682
 683         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
 684 }
 685
 686 /*
 687  *      vm_page_busy_downgrade:
 688  *
 689  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
 690  */
 691 void
 692 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
 693 {
 694         u_int x;
 695         bool locked;
 696
 697         vm_page_assert_xbusied(m);
 698         locked = mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
 699
 700         for (;;) {
 701                 x = m->busy_lock;
 702                 x &= VPB_BIT_WAITERS;
 703                 if (x != 0 && !locked)
 704                         vm_page_lock(m);
 705                 if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock,
 706                     VPB_SINGLE_EXCLUSIVER | x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
 707                         break;
 708                 if (x != 0 && !locked)
 709                         vm_page_unlock(m);
 710         }
 711         if (x != 0) {
 712                 wakeup(m);
 713                 if (!locked)
 714                         vm_page_unlock(m);
 715         }
 716 }
 717
 718 /*
 719  *      vm_page_sbusied:
 720  *
 721  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
 722  */
 723 int
 724 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
 725 {
 726         u_int x;
 727
 728         x = m->busy_lock;
 729         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
 730 }
 731
 732 /*
 733  *      vm_page_sunbusy:
 734  *
 735  *      Shared unbusy a page.
 736  */
 737 void
 738 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
 739 {
 740         u_int x;
 741
 742         vm_page_assert_sbusied(m);
 743
 744         for (;;) {
 745                 x = m->busy_lock;
 746                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
 747                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
 748                             x - VPB_ONE_SHARER))
 749                                 break;
 750                         continue;
 751                 }
 752                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0) {
 753                         KASSERT(x == VPB_SHARERS_WORD(1),
 754                             ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
 755                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock,
 756                             VPB_SHARERS_WORD(1), VPB_UNBUSIED))
 757                                 break;
 758                         continue;
 759                 }
 760                 KASSERT(x == (VPB_SHARERS_WORD(1) | VPB_BIT_WAITERS),
 761                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state for waiters"));
 762
 763                 vm_page_lock(m);
 764                 if (!atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, VPB_UNBUSIED)) {
 765                         vm_page_unlock(m);
 766                         continue;
 767                 }
 768                 wakeup(m);
 769                 vm_page_unlock(m);
 770                 break;
 771         }
 772 }
 773
 774 /*
 775  *      vm_page_busy_sleep:
 776  *
 777  *      Sleep and release the page lock, using the page pointer as wchan.
 778  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
 779  *
 780  *      The given page must be locked.
 781  *
 782  *      If nonshared is true, sleep only if the page is xbusy.
 783  */
 784 void
 785 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, bool nonshared)
 786 {
 787         u_int x;
 788
 789         vm_page_assert_locked(m);
 790
 791         x = m->busy_lock;
 792         if (x == VPB_UNBUSIED || (nonshared && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
 793             ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
 794             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS))) {
 795                 vm_page_unlock(m);
 796                 return;
 797         }
 798         msleep(m, vm_page_lockptr(m), PVM | PDROP, wmesg, 0);
 799 }
 800
 801 /*
 802  *      vm_page_trysbusy:
 803  *
 804  *      Try to shared busy a page.
 805  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
 806  *      The operation never sleeps.
 807  */
 808 int
 809 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
 810 {
 811         u_int x;
 812
 813         for (;;) {
 814                 x = m->busy_lock;
 815                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
 816                         return (0);
 817                 if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, x, x + VPB_ONE_SHARER))
 818                         return (1);
 819         }
 820 }
 821
 822 static void
 823 vm_page_xunbusy_locked(vm_page_t m)
 824 {
 825
 826         vm_page_assert_xbusied(m);
 827         vm_page_assert_locked(m);
 828
 829         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
 830         /* There is a waiter, do wakeup() instead of vm_page_flash(). */
 831         wakeup(m);
 832 }
 833
 834 void
 835 vm_page_xunbusy_maybelocked(vm_page_t m)
 836 {
 837         bool lockacq;
 838
 839         vm_page_assert_xbusied(m);
 840
 841         /*
 842          * Fast path for unbusy.  If it succeeds, we know that there
 843          * are no waiters, so we do not need a wakeup.
 844          */
 845         if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock, VPB_SINGLE_EXCLUSIVER,
 846             VPB_UNBUSIED))
 847                 return;
 848
 849         lockacq = !mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
 850         if (lockacq)
 851                 vm_page_lock(m);
 852         vm_page_xunbusy_locked(m);
 853         if (lockacq)
 854                 vm_page_unlock(m);
 855 }
 856
 857 /*
 858  *      vm_page_xunbusy_hard:
 859  *
 860  *      Called after the first try the exclusive unbusy of a page failed.
 861  *      It is assumed that the waiters bit is on.
 862  */
 863 void
 864 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
 865 {
 866
 867         vm_page_assert_xbusied(m);
 868
 869         vm_page_lock(m);
 870         vm_page_xunbusy_locked(m);
 871         vm_page_unlock(m);
 872 }
 873
 874 /*
 875  *      vm_page_flash:
 876  *
 877  *      Wakeup anyone waiting for the page.
 878  *      The ownership bits do not change.
 879  *
 880  *      The given page must be locked.
 881  */
 882 void
 883 vm_page_flash(vm_page_t m)
 884 {
 885         u_int x;
 886
 887         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
 888
 889         for (;;) {
 890                 x = m->busy_lock;
 891                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
 892                         return;
 893                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
 894                     x & (~VPB_BIT_WAITERS)))
 895                         break;
 896         }
 897         wakeup(m);
 898 }
 899
 900 /*
 901  * Keep page from being freed by the page daemon
 902  * much of the same effect as wiring, except much lower
 903  * overhead and should be used only for *very* temporary
 904  * holding ("wiring").
 905  */
 906 void
 907 vm_page_hold(vm_page_t mem)
 908 {
 909
 910         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
 911         mem->hold_count++;
 912 }
 913
 914 void
 915 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
 916 {
 917
 918         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
 919         KASSERT(mem->hold_count >= 1, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
 920         --mem->hold_count;
 921         if (mem->hold_count == 0 && (mem->flags & PG_UNHOLDFREE) != 0)
 922                 vm_page_free_toq(mem);
 923 }
 924
 925 /*
 926  *      vm_page_unhold_pages:
 927  *
 928  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
 929  */
 930 void
 931 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
 932 {
 933         struct mtx *mtx, *new_mtx;
 934
 935         mtx = NULL;
 936         for (; count != 0; count--) {
 937                 /*
 938                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
 939                  */
 940                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
 941                 if (mtx != new_mtx) {
 942                         if (mtx != NULL)
 943                                 mtx_unlock(mtx);
 944                         mtx = new_mtx;
 945                         mtx_lock(mtx);
 946                 }
 947                 vm_page_unhold(*ma);
 948                 ma++;
 949         }
 950         if (mtx != NULL)
 951                 mtx_unlock(mtx);
 952 }
 953
 954 vm_page_t
 955 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
 956 {
 957         vm_page_t m;
 958
 959 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
 960         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
 961         if (m == NULL)
 962                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
 963         return (m);
 964 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
 965         long pi;
 966
 967         pi = atop(pa);
 968         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
 969                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
 970                 return (m);
 971         }
 972         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
 973 #else
 974 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
 975 #endif
 976 }
 977
 978 /*
 979  *      vm_page_getfake:
 980  *
 981  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
 982  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
 983  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
 984  */
 985 vm_page_t
 986 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
 987 {
 988         vm_page_t m;
 989
 990         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 991         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
 992         return (m);
 993 }
 994
 995 void
 996 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
 997 {
 998
 999         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1000                 /*
1001                  * The page's memattr might have changed since the
1002                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1003                  * new memattr.
1004                  */
1005                 goto memattr;
1006         }
1007         m->phys_addr = paddr;
1008         m->queue = PQ_NONE;
1009         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1010         m->flags = PG_FICTITIOUS;
1011         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1012         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1013         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1014         m->wire_count = 1;
1015         pmap_page_init(m);
1016 memattr:
1017         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1018 }
1019
1020 /*
1021  *      vm_page_putfake:
1022  *
1023  *      Release a fictitious page.
1024  */
1025 void
1026 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1027 {
1028
1029         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1030         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1031             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1032         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1033 }
1034
1035 /*
1036  *      vm_page_updatefake:
1037  *
1038  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1039  *      memory attribute.
1040  */
1041 void
1042 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1043 {
1044
1045         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1046             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1047         m->phys_addr = paddr;
1048         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1049 }
1050
1051 /*
1052  *      vm_page_free:
1053  *
1054  *      Free a page.
1055  */
1056 void
1057 vm_page_free(vm_page_t m)
1058 {
1059
1060         m->flags &= ~PG_ZERO;
1061         vm_page_free_toq(m);
1062 }
1063
1064 /*
1065  *      vm_page_free_zero:
1066  *
1067  *      Free a page to the zerod-pages queue
1068  */
1069 void
1070 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1071 {
1072
1073         m->flags |= PG_ZERO;
1074         vm_page_free_toq(m);
1075 }
1076
1077 /*
1078  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1079  * was optionally read ahead or behind.
1080  */
1081 void
1082 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1083 {
1084
1085         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1086         KASSERT(m->valid != 0, ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1087
1088         /*
1089          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1090          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1091          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1092          * unless the page is wanted by another thread.
1093          */
1094         vm_page_lock(m);
1095         if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1096                 vm_page_activate(m);
1097         else
1098                 vm_page_deactivate(m);
1099         vm_page_unlock(m);
1100         vm_page_xunbusy(m);
1101 }
1102
1103 /*
1104  *      vm_page_sleep_if_busy:
1105  *
1106  *      Sleep and release the page queues lock if the page is busied.
1107  *      Returns TRUE if the thread slept.
1108  *
1109  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1110  *      be locked.
1111  */
1112 int
1113 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
1114 {
1115         vm_object_t obj;
1116
1117         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1118         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1119
1120         if (vm_page_busied(m)) {
1121                 /*
1122                  * The page-specific object must be cached because page
1123                  * identity can change during the sleep, causing the
1124                  * re-lock of a different object.
1125                  * It is assumed that a reference to the object is already
1126                  * held by the callers.
1127                  */
1128                 obj = m->object;
1129                 vm_page_lock(m);
1130                 VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
1131                 vm_page_busy_sleep(m, msg, false);
1132                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1133                 return (TRUE);
1134         }
1135         return (FALSE);
1136 }
1137
1138 /*
1139  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1140  *
1141  *      Set all bits in the page's dirty field.
1142  *
1143  *      The object containing the specified page must be locked if the
1144  *      call is made from the machine-independent layer.
1145  *
1146  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1147  *
1148  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1149  */
1150 void
1151 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1152 {
1153
1154         /* Refer to this operation by its public name. */
1155         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
1156             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1157         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1158 }
1159
1160 /*
1161  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1162  *
1163  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1164  *
1165  *      The object must be locked.
1166  */
1167 int
1168 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1169 {
1170         vm_page_t mpred;
1171
1172         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1173         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1174         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1175 }
1176
1177 /*
1178  *      vm_page_insert_after:
1179  *
1180  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1181  *
1182  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1183  *      the specified object.
1184  *
1185  *      The object must be locked.
1186  */
1187 static int
1188 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1189     vm_page_t mpred)
1190 {
1191         vm_page_t msucc;
1192
1193         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1194         KASSERT(m->object == NULL,
1195             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1196         if (mpred != NULL) {
1197                 KASSERT(mpred->object == object,
1198                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1199                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1200                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1201                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1202         } else
1203                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1204         if (msucc != NULL)
1205                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1206                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1207
1208         /*
1209          * Record the object/offset pair in this page
1210          */
1211         m->object = object;
1212         m->pindex = pindex;
1213
1214         /*
1215          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1216          */
1217         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1218                 m->object = NULL;
1219                 m->pindex = 0;
1220                 return (1);
1221         }
1222         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1223         return (0);
1224 }
1225
1226 /*
1227  *      vm_page_insert_radixdone:
1228  *
1229  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1230  *      radix trie hooking.
1231  *
1232  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1233  *      specified object.
1234  *
1235  *      The object must be locked.
1236  */
1237 static void
1238 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1239 {
1240
1241         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1242         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1243             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1244         if (mpred != NULL) {
1245                 KASSERT(mpred->object == object,
1246                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1247                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1248                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1249         }
1250
1251         if (mpred != NULL)
1252                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1253         else
1254                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1255
1256         /*
1257          * Show that the object has one more resident page.
1258          */
1259         object->resident_page_count++;
1260
1261         /*
1262          * Hold the vnode until the last page is released.
1263          */
1264         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1265                 vhold(object->handle);
1266
1267         /*
1268          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1269          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1270          */
1271         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1272                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1273 }
1274
1275 /*
1276  *      vm_page_remove:
1277  *
1278  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1279  *      invalidate any backing storage.
1280  *
1281  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1282  */
1283 void
1284 vm_page_remove(vm_page_t m)
1285 {
1286         vm_object_t object;
1287         vm_page_t mrem;
1288
1289         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1290                 vm_page_assert_locked(m);
1291         if ((object = m->object) == NULL)
1292                 return;
1293         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1294         if (vm_page_xbusied(m))
1295                 vm_page_xunbusy_maybelocked(m);
1296         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1297         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1298
1299         /*
1300          * Now remove from the object's list of backed pages.
1301          */
1302         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1303
1304         /*
1305          * And show that the object has one fewer resident page.
1306          */
1307         object->resident_page_count--;
1308
1309         /*
1310          * The vnode may now be recycled.
1311          */
1312         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1313                 vdrop(object->handle);
1314
1315         m->object = NULL;
1316 }
1317
1318 /*
1319  *      vm_page_lookup:
1320  *
1321  *      Returns the page associated with the object/offset
1322  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1323  *
1324  *      The object must be locked.
1325  */
1326 vm_page_t
1327 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1328 {
1329
1330         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1331         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1332 }
1333
1334 /*
1335  *      vm_page_find_least:
1336  *
1337  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1338  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1339  *
1340  *      The object must be locked.
1341  */
1342 vm_page_t
1343 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1344 {
1345         vm_page_t m;
1346
1347         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1348         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1349                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1350         return (m);
1351 }
1352
1353 /*
1354  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1355  * resident; if none is found, NULL is returned.
1356  *
1357  * The object must be locked.
1358  */
1359 vm_page_t
1360 vm_page_next(vm_page_t m)
1361 {
1362         vm_page_t next;
1363
1364         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1365         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1366                 MPASS(next->object == m->object);
1367                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1368                         next = NULL;
1369         }
1370         return (next);
1371 }
1372
1373 /*
1374  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1375  * resident; if none is found, NULL is returned.
1376  *
1377  * The object must be locked.
1378  */
1379 vm_page_t
1380 vm_page_prev(vm_page_t m)
1381 {
1382         vm_page_t prev;
1383
1384         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1385         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1386                 MPASS(prev->object == m->object);
1387                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1388                         prev = NULL;
1389         }
1390         return (prev);
1391 }
1392
1393 /*
1394  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1395  * pindex which must be already present in the object.
1396  *
1397  * The existing page must not be on a paging queue.
1398  */
1399 vm_page_t
1400 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1401 {
1402         vm_page_t mold;
1403
1404         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1405         KASSERT(mnew->object == NULL,
1406             ("vm_page_replace: page already in object"));
1407
1408         /*
1409          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1410          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1411          * dance.  Double check such functions for more comments.
1412          */
1413
1414         mnew->object = object;
1415         mnew->pindex = pindex;
1416         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1417         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1418             ("vm_page_replace: mold is on a paging queue"));
1419
1420         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1421         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1422         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1423
1424         mold->object = NULL;
1425         vm_page_xunbusy_maybelocked(mold);
1426
1427         /*
1428          * The object's resident_page_count does not change because we have
1429          * swapped one page for another, but OBJ_MIGHTBEDIRTY.
1430          */
1431         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1432                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1433         return (mold);
1434 }
1435
1436 /*
1437  *      vm_page_rename:
1438  *
1439  *      Move the given memory entry from its
1440  *      current object to the specified target object/offset.
1441  *
1442  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1443  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1444  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1445  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1446  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1447  *
1448  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1449  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1450  *            swap.
1451  *
1452  *      The objects must be locked.
1453  */
1454 int
1455 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1456 {
1457         vm_page_t mpred;
1458         vm_pindex_t opidx;
1459
1460         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1461
1462         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1463         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1464             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1465
1466         /*
1467          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1468          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1469          * function.
1470          */
1471         opidx = m->pindex;
1472         m->pindex = new_pindex;
1473         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1474                 m->pindex = opidx;
1475                 return (1);
1476         }
1477
1478         /*
1479          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1480          * the listq iterator is tainted.
1481          */
1482         m->pindex = opidx;
1483         vm_page_lock(m);
1484         vm_page_remove(m);
1485
1486         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1487         m->pindex = new_pindex;
1488         m->object = new_object;
1489         vm_page_unlock(m);
1490         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1491         vm_page_dirty(m);
1492         return (0);
1493 }
1494
1495 /*
1496  *      vm_page_alloc:
1497  *
1498  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1499  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1500  *
1501  *      The caller must always specify an allocation class.
1502  *
1503  *      allocation classes:
1504  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1505  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1506  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1507  *
1508  *      optional allocation flags:
1509  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1510  *                              intends to allocate
1511  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1512  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1513  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1514  *                              should not be exclusive busy
1515  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1516  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1517  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1518  *
1519  *      This routine may not sleep.
1520  */
1521 vm_page_t
1522 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1523 {
1524         vm_page_t m, mpred;
1525         int flags, req_class;
1526
1527         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1528         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1529             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1530             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1531             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1532             ("vm_page_alloc: inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
1533         if (object != NULL)
1534                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1535
1536         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1537
1538         /*
1539          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1540          */
1541         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1542                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1543
1544         if (object != NULL) {
1545                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1546                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1547                    ("vm_page_alloc: pindex already allocated"));
1548         }
1549
1550         /*
1551          * Allocate a page if the number of free pages exceeds the minimum
1552          * for the request class.
1553          */
1554         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1555         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1556             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1557             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1558             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1559             vm_cnt.v_free_count > 0)) {
1560                 /*
1561                  * Can we allocate the page from a reservation?
1562                  */
1563 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1564                 if (object == NULL || (object->flags & (OBJ_COLORED |
1565                     OBJ_FICTITIOUS)) != OBJ_COLORED || (m =
1566                     vm_reserv_alloc_page(object, pindex, mpred)) == NULL)
1567 #endif
1568                 {
1569                         /*
1570                          * If not, allocate it from the free page queues.
1571                          */
1572                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1573                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1574 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1575                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1576                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1577                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1578                                     0);
1579                         }
1580 #endif
1581                 }
1582         } else {
1583                 /*
1584                  * Not allocatable, give up.
1585                  */
1586                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1587                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1588                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1589                 pagedaemon_wakeup();
1590                 return (NULL);
1591         }
1592
1593         /*
1594          *  At this point we had better have found a good page.
1595          */
1596         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1597         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1598         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1599         vm_page_alloc_check(m);
1600
1601         /*
1602          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1603          */
1604         flags = 0;
1605         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1606                 flags = PG_ZERO;
1607         flags &= m->flags;
1608         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1609                 flags |= PG_NODUMP;
1610         m->flags = flags;
1611         m->aflags = 0;
1612         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1613             VPO_UNMANAGED : 0;
1614         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1615         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1616                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1617         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1618                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1619         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1620                 /*
1621                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1622                  * page is inserted into the object.
1623                  */
1624                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1625                 m->wire_count = 1;
1626         }
1627         m->act_count = 0;
1628
1629         if (object != NULL) {
1630                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1631                         pagedaemon_wakeup();
1632                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1633                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1634                                 m->wire_count = 0;
1635                         }
1636                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1637                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1638                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1639                         /* Don't change PG_ZERO. */
1640                         vm_page_free_toq(m);
1641                         return (NULL);
1642                 }
1643
1644                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1645                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1646                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1647                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1648         } else
1649                 m->pindex = pindex;
1650
1651         /*
1652          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1653          * we would be nearly out of memory.
1654          */
1655         if (vm_paging_needed())
1656                 pagedaemon_wakeup();
1657
1658         return (m);
1659 }
1660
1661 /*
1662  *      vm_page_alloc_contig:
1663  *
1664  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1665  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1666  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1667  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1668  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1669  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1670  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1671  *      and "boundary" must be a power of two.
1672  *
1673  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1674  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1675  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1676  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1677  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1678  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1679  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1680  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1681  *
1682  *      The specified object may not contain fictitious pages.
1683  *
1684  *      The caller must always specify an allocation class.
1685  *
1686  *      allocation classes:
1687  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1688  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1689  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1690  *
1691  *      optional allocation flags:
1692  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1693  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1694  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1695  *                              should not be exclusive busy
1696  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1697  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1698  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1699  *
1700  *      This routine may not sleep.
1701  */
1702 vm_page_t
1703 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1704     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1705     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1706 {
1707         vm_page_t m, m_ret, mpred;
1708         u_int busy_lock, flags, oflags;
1709         int req_class;
1710
1711         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1712         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1713             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1714             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1715             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1716             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
1717             req));
1718         if (object != NULL) {
1719                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1720                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
1721                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
1722                     object));
1723         }
1724         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
1725         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1726
1727         /*
1728          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1729          */
1730         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1731                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1732
1733         if (object != NULL) {
1734                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1735                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1736                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
1737         }
1738
1739         /*
1740          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
1741          * below the lower bound for the allocation class?
1742          */
1743         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1744         if (vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_free_reserved ||
1745             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1746             vm_cnt.v_free_count >= npages + vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1747             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1748             vm_cnt.v_free_count >= npages)) {
1749                 /*
1750                  * Can we allocate the pages from a reservation?
1751                  */
1752 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1753 retry:
1754                 if (object == NULL || (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1755                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, npages,
1756                     low, high, alignment, boundary, mpred)) == NULL)
1757 #endif
1758                         /*
1759                          * If not, allocate them from the free page queues.
1760                          */
1761                         m_ret = vm_phys_alloc_contig(npages, low, high,
1762                             alignment, boundary);
1763         } else {
1764                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1765                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, npages);
1766                 pagedaemon_wakeup();
1767                 return (NULL);
1768         }
1769         if (m_ret != NULL)
1770                 vm_phys_freecnt_adj(m_ret, -npages);
1771         else {
1772 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1773                 if (vm_reserv_reclaim_contig(npages, low, high, alignment,
1774                     boundary))
1775                         goto retry;
1776 #endif
1777         }
1778         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1779         if (m_ret == NULL)
1780                 return (NULL);
1781         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++)
1782                 vm_page_alloc_check(m);
1783
1784         /*
1785          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1786          */
1787         flags = 0;
1788         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1789                 flags = PG_ZERO;
1790         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1791                 flags |= PG_NODUMP;
1792         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1793             VPO_UNMANAGED : 0;
1794         busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1795         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1796                 busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1797         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1798                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1799         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1800                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, npages);
1801         if (object != NULL) {
1802                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1803                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
1804                         memattr = object->memattr;
1805         }
1806         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1807                 m->aflags = 0;
1808                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
1809                 m->busy_lock = busy_lock;
1810                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1811                         m->wire_count = 1;
1812                 m->act_count = 0;
1813                 m->oflags = oflags;
1814                 if (object != NULL) {
1815                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1816                                 pagedaemon_wakeup();
1817                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1818                                         atomic_subtract_int(
1819                                             &vm_cnt.v_wire_count, npages);
1820                                 KASSERT(m->object == NULL,
1821                                     ("page %p has object", m));
1822                                 mpred = m;
1823                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1824                                         if (m <= mpred &&
1825                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1826                                                 m->wire_count = 0;
1827                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1828                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1829                                         /* Don't change PG_ZERO. */
1830                                         vm_page_free_toq(m);
1831                                 }
1832                                 return (NULL);
1833                         }
1834                         mpred = m;
1835                 } else
1836                         m->pindex = pindex;
1837                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1838                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1839                 pindex++;
1840         }
1841         if (vm_paging_needed())
1842                 pagedaemon_wakeup();
1843         return (m_ret);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1848  */
1849 static void
1850 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
1851 {
1852
1853         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1854         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1855             ("page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1856         KASSERT(m->wire_count == 0, ("page %p is wired", m));
1857         KASSERT(m->hold_count == 0, ("page %p is held", m));
1858         KASSERT(!vm_page_busied(m), ("page %p is busy", m));
1859         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
1860         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1861             ("page %p has unexpected memattr %d",
1862             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1863         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
1864 }
1865
1866 /*
1867  *      vm_page_alloc_freelist:
1868  *
1869  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
1870  *
1871  *      The caller must always specify an allocation class.
1872  *
1873  *      allocation classes:
1874  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1875  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1876  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1877  *
1878  *      optional allocation flags:
1879  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1880  *                              intends to allocate
1881  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1882  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1883  *
1884  *      This routine may not sleep.
1885  */
1886 vm_page_t
1887 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1888 {
1889         vm_page_t m;
1890         u_int flags;
1891         int req_class;
1892
1893         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1894
1895         /*
1896          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1897          */
1898         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1899                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1900
1901         /*
1902          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1903          */
1904         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1905         if (vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_free_reserved ||
1906             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1907             vm_cnt.v_free_count > vm_cnt.v_interrupt_free_min) ||
1908             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1909             vm_cnt.v_free_count > 0))
1910                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1911         else {
1912                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1913                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1914                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1915                 pagedaemon_wakeup();
1916                 return (NULL);
1917         }
1918         if (m == NULL) {
1919                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1920                 return (NULL);
1921         }
1922         vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1923         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1924         vm_page_alloc_check(m);
1925
1926         /*
1927          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1928          */
1929         m->aflags = 0;
1930         flags = 0;
1931         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1932                 flags = PG_ZERO;
1933         m->flags &= flags;
1934         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1935                 /*
1936                  * The page lock is not required for wiring a page that does
1937                  * not belong to an object.
1938                  */
1939                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1940                 m->wire_count = 1;
1941         }
1942         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1943         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1944         if (vm_paging_needed())
1945                 pagedaemon_wakeup();
1946         return (m);
1947 }
1948
1949 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
1950 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
1951 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
1952
1953 /*
1954  *      vm_page_scan_contig:
1955  *
1956  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
1957  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
1958  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
1959  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
1960  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
1961  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
1962  *      multiple of "boundary".
1963  *
1964  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
1965  *      structure within vm_page_array[].
1966  *
1967  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
1968  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
1969  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
1970  */
1971 vm_page_t
1972 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
1973     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
1974 {
1975         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
1976         vm_object_t object;
1977         vm_paddr_t pa;
1978         vm_page_t m, m_run;
1979 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1980         int level;
1981 #endif
1982         int m_inc, order, run_ext, run_len;
1983
1984         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
1985         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
1986         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
1987         m_run = NULL;
1988         run_len = 0;
1989         m_mtx = NULL;
1990         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
1991                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
1992                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
1993
1994                 /*
1995                  * If the current page would be the start of a run, check its
1996                  * physical address against the end, alignment, and boundary
1997                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
1998                  * terminate the scan or advance to the next page that
1999                  * satisfies the failed condition.
2000                  */
2001                 if (run_len == 0) {
2002                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
2003                         if (m + npages > m_end)
2004                                 break;
2005                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2006                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
2007                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
2008                                 continue;
2009                         }
2010                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
2011                             boundary) != 0) {
2012                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
2013                                 continue;
2014                         }
2015                 } else
2016                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
2017
2018                 /*
2019                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2020                  */
2021                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2022                 if (m_mtx != new_mtx) {
2023                         if (m_mtx != NULL)
2024                                 mtx_unlock(m_mtx);
2025                         m_mtx = new_mtx;
2026                         mtx_lock(m_mtx);
2027                 }
2028                 m_inc = 1;
2029 retry:
2030                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2031                         run_ext = 0;
2032 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2033                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2034                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2035                         run_ext = 0;
2036                         /* Advance to the end of the reservation. */
2037                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2038                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2039                             pa);
2040                 }
2041 #endif
2042                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2043                         /*
2044                          * The page is considered eligible for relocation if
2045                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2046                          * the page daemon.
2047                          */
2048                         if (!VM_OBJECT_TRYRLOCK(object)) {
2049                                 mtx_unlock(m_mtx);
2050                                 VM_OBJECT_RLOCK(object);
2051                                 mtx_lock(m_mtx);
2052                                 if (m->object != object) {
2053                                         /*
2054                                          * The page may have been freed.
2055                                          */
2056                                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2057                                         goto retry;
2058                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2059                                     m->hold_count != 0) {
2060                                         run_ext = 0;
2061                                         goto unlock;
2062                                 }
2063                         }
2064                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2065                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2066                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2067                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2068                             object->type != OBJT_SWAP &&
2069                             object->type != OBJT_VNODE) {
2070                                 run_ext = 0;
2071 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2072                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2073                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2074                                 run_ext = 0;
2075                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2076                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2077                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2078                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2079 #endif
2080                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2081                             m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2082                                 /*
2083                                  * The page is allocated but eligible for
2084                                  * relocation.  Extend the current run by one
2085                                  * page.
2086                                  */
2087                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2088                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2089                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2090                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2091                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2092                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2093                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2094                                 run_ext = 1;
2095                         } else
2096                                 run_ext = 0;
2097 unlock:
2098                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2099 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2100                 } else if (level >= 0) {
2101                         /*
2102                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2103                          * other words, it is still free.  Extend the current
2104                          * run by one page.
2105                          */
2106                         run_ext = 1;
2107 #endif
2108                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2109                         /*
2110                          * The page is enqueued in the physical memory
2111                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2112                          * first page in a power-of-two-sized run of
2113                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2114                          * of the current run, and jump ahead.
2115                          */
2116                         run_ext = 1 << order;
2117                         m_inc = 1 << order;
2118                 } else {
2119                         /*
2120                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2121                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2122                          * free page queues.  However, it is not the first
2123                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2124                          * rarely occurs because the scan is performed in
2125                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2126                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2127                          * the transition from allocated to free for managed
2128                          * pages is blocked by the page lock.) (3) It is
2129                          * allocated but not contained by an object and not
2130                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2131                          */
2132                         run_ext = 0;
2133                 }
2134
2135                 /*
2136                  * Extend or reset the current run of pages.
2137                  */
2138                 if (run_ext > 0) {
2139                         if (run_len == 0)
2140                                 m_run = m;
2141                         run_len += run_ext;
2142                 } else {
2143                         if (run_len > 0) {
2144                                 m_run = NULL;
2145                                 run_len = 0;
2146                         }
2147                 }
2148         }
2149         if (m_mtx != NULL)
2150                 mtx_unlock(m_mtx);
2151         if (run_len >= npages)
2152                 return (m_run);
2153         return (NULL);
2154 }
2155
2156 /*
2157  *      vm_page_reclaim_run:
2158  *
2159  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2160  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2161  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2162  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2163  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2164  *      physical address above "high".
2165  *
2166  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2167  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2168  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2169  *      unsuccessful.
2170  *
2171  *      "req_class" must be an allocation class.
2172  */
2173 static int
2174 vm_page_reclaim_run(int req_class, u_long npages, vm_page_t m_run,
2175     vm_paddr_t high)
2176 {
2177         struct mtx *m_mtx, *new_mtx;
2178         struct spglist free;
2179         vm_object_t object;
2180         vm_paddr_t pa;
2181         vm_page_t m, m_end, m_new;
2182         int error, order, req;
2183
2184         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2185             ("req_class is not an allocation class"));
2186         SLIST_INIT(&free);
2187         error = 0;
2188         m = m_run;
2189         m_end = m_run + npages;
2190         m_mtx = NULL;
2191         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2192                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2193                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2194
2195                 /*
2196                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2197                  */
2198                 new_mtx = vm_page_lockptr(m);
2199                 if (m_mtx != new_mtx) {
2200                         if (m_mtx != NULL)
2201                                 mtx_unlock(m_mtx);
2202                         m_mtx = new_mtx;
2203                         mtx_lock(m_mtx);
2204                 }
2205 retry:
2206                 if (m->wire_count != 0 || m->hold_count != 0)
2207                         error = EBUSY;
2208                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2209                         /*
2210                          * The page is relocated if and only if it could be
2211                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2212                          */
2213                         if (!VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
2214                                 mtx_unlock(m_mtx);
2215                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2216                                 mtx_lock(m_mtx);
2217                                 if (m->object != object) {
2218                                         /*
2219                                          * The page may have been freed.
2220                                          */
2221                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2222                                         goto retry;
2223                                 } else if (m->wire_count != 0 ||
2224                                     m->hold_count != 0) {
2225                                         error = EBUSY;
2226                                         goto unlock;
2227                                 }
2228                         }
2229                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2230                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2231                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2232                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2233                             object->type != OBJT_SWAP &&
2234                             object->type != OBJT_VNODE)
2235                                 error = EINVAL;
2236                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2237                                 error = EINVAL;
2238                         else if (m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2239                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2240                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2241                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2242                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2243                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2244                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2245                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2246                                 if (m->valid != 0) {
2247                                         /*
2248                                          * First, try to allocate a new page
2249                                          * that is above "high".  Failing
2250                                          * that, try to allocate a new page
2251                                          * that is below "m_run".  Allocate
2252                                          * the new page between the end of
2253                                          * "m_run" and "high" only as a last
2254                                          * resort.
2255                                          */
2256                                         req = req_class | VM_ALLOC_NOOBJ;
2257                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2258                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2259                                         if (trunc_page(high) !=
2260                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2261                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2262                                                     NULL, 0, req, 1,
2263                                                     round_page(high),
2264                                                     ~(vm_paddr_t)0,
2265                                                     PAGE_SIZE, 0,
2266                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2267                                         } else
2268                                                 m_new = NULL;
2269                                         if (m_new == NULL) {
2270                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2271                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2272                                                     NULL, 0, req, 1,
2273                                                     0, pa - 1, PAGE_SIZE, 0,
2274                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2275                                         }
2276                                         if (m_new == NULL) {
2277                                                 pa += ptoa(npages);
2278                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2279                                                     NULL, 0, req, 1,
2280                                                     pa, high, PAGE_SIZE, 0,
2281                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2282                                         }
2283                                         if (m_new == NULL) {
2284                                                 error = ENOMEM;
2285                                                 goto unlock;
2286                                         }
2287                                         KASSERT(m_new->wire_count == 0,
2288                                             ("page %p is wired", m));
2289
2290                                         /*
2291                                          * Replace "m" with the new page.  For
2292                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2293                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2294                                          * as if vm_page_free() was called.
2295                                          */
2296                                         if (object->ref_count != 0)
2297                                                 pmap_remove_all(m);
2298                                         m_new->aflags = m->aflags;
2299                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2300                                             ("page %p is managed", m));
2301                                         m_new->oflags = m->oflags & VPO_NOSYNC;
2302                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2303                                         m_new->valid = m->valid;
2304                                         m_new->dirty = m->dirty;
2305                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2306                                         vm_page_xbusy(m);
2307                                         vm_page_remque(m);
2308                                         vm_page_replace_checked(m_new, object,
2309                                             m->pindex, m);
2310                                         m->valid = 0;
2311                                         vm_page_undirty(m);
2312
2313                                         /*
2314                                          * The new page must be deactivated
2315                                          * before the object is unlocked.
2316                                          */
2317                                         new_mtx = vm_page_lockptr(m_new);
2318                                         if (m_mtx != new_mtx) {
2319                                                 mtx_unlock(m_mtx);
2320                                                 m_mtx = new_mtx;
2321                                                 mtx_lock(m_mtx);
2322                                         }
2323                                         vm_page_deactivate(m_new);
2324                                 } else {
2325                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2326                                         vm_page_remque(m);
2327                                         vm_page_remove(m);
2328                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2329                                             ("page %p is dirty", m));
2330                                 }
2331                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m, plinks.s.ss);
2332                         } else
2333                                 error = EBUSY;
2334 unlock:
2335                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2336                 } else {
2337                         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2338                         order = m->order;
2339                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2340                                 /*
2341                                  * The page is enqueued in the physical memory
2342                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2343                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2344                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2345                                  * to the last page within that run, and
2346                                  * continue from there.
2347                                  */
2348                                 m += (1 << order) - 1;
2349                         }
2350 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2351                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2352                                 order = 0;
2353 #endif
2354                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2355                         if (order == VM_NFREEORDER)
2356                                 error = EINVAL;
2357                 }
2358         }
2359         if (m_mtx != NULL)
2360                 mtx_unlock(m_mtx);
2361         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2362                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2363                 do {
2364                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2365                         vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2366 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2367                         if (!vm_reserv_free_page(m))
2368 #else
2369                         if (true)
2370 #endif
2371                                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2372                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2373                 vm_page_free_wakeup();
2374                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2375         }
2376         return (error);
2377 }
2378
2379 #define NRUNS   16
2380
2381 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2382
2383 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2384
2385 #define MIN_RECLAIM     8
2386
2387 /*
2388  *      vm_page_reclaim_contig:
2389  *
2390  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2391  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2392  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2393  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2394  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2395  *      are expected to perform VM_WAIT before retrying a failed allocation
2396  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2397  *
2398  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2399  *
2400  *      allocation classes:
2401  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2402  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2403  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2404  *
2405  *      The optional allocation flags are ignored.
2406  *
2407  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2408  *      must be a power of two.
2409  */
2410 bool
2411 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2412     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2413 {
2414         vm_paddr_t curr_low;
2415         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
2416         u_long count, reclaimed;
2417         int error, i, options, req_class;
2418
2419         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2420         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2421         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2422         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2423
2424         /*
2425          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
2426          */
2427         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2428                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2429
2430         /*
2431          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
2432          * allocation.
2433          */
2434         count = vm_cnt.v_free_count;
2435         if (count < npages + vm_cnt.v_free_reserved || (count < npages +
2436             vm_cnt.v_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
2437             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
2438                 return (false);
2439
2440         /*
2441          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
2442          * the reclamation of reservations and superpages each time.
2443          */
2444         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
2445                 /*
2446                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
2447                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
2448                  */
2449                 curr_low = low;
2450                 count = 0;
2451                 for (;;) {
2452                         m_run = vm_phys_scan_contig(npages, curr_low, high,
2453                             alignment, boundary, options);
2454                         if (m_run == NULL)
2455                                 break;
2456                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
2457                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
2458                         count++;
2459                 }
2460
2461                 /*
2462                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
2463                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
2464                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
2465                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
2466                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
2467                  */
2468                 reclaimed = 0;
2469                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
2470                         count--;
2471                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
2472                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, npages, m_run,
2473                             high);
2474                         if (error == 0) {
2475                                 reclaimed += npages;
2476                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
2477                                         return (true);
2478                         }
2479                 }
2480
2481                 /*
2482                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
2483                  * the last scan had no restrictions.
2484                  */
2485                 if (options == VPSC_NORESERV)
2486                         options = VPSC_NOSUPER;
2487                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
2488                         options = VPSC_ANY;
2489                 else if (options == VPSC_ANY)
2490                         return (reclaimed != 0);
2491         }
2492 }
2493
2494 /*
2495  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
2496  *
2497  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2498  *      - Called in various places before memory allocations.
2499  */
2500 void
2501 vm_wait(void)
2502 {
2503
2504         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2505         if (curproc == pageproc) {
2506                 vm_pageout_pages_needed = 1;
2507                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
2508                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
2509         } else {
2510                 if (__predict_false(pageproc == NULL))
2511                         panic("vm_wait in early boot");
2512                 if (!vm_pageout_wanted) {
2513                         vm_pageout_wanted = true;
2514                         wakeup(&vm_pageout_wanted);
2515                 }
2516                 vm_pages_needed = true;
2517                 msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
2518                     "vmwait", 0);
2519         }
2520 }
2521
2522 /*
2523  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
2524  *
2525  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2526  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
2527  *        can be easily tracked.
2528  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
2529  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
2530  *        this balance without careful testing first.
2531  */
2532 void
2533 vm_waitpfault(void)
2534 {
2535
2536         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2537         if (!vm_pageout_wanted) {
2538                 vm_pageout_wanted = true;
2539                 wakeup(&vm_pageout_wanted);
2540         }
2541         vm_pages_needed = true;
2542         msleep(&vm_cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
2543             "pfault", 0);
2544 }
2545
2546 struct vm_pagequeue *
2547 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
2548 {
2549
2550         if (vm_page_in_laundry(m))
2551                 return (&vm_dom[0].vmd_pagequeues[m->queue]);
2552         else
2553                 return (&vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[m->queue]);
2554 }
2555
2556 /*
2557  *      vm_page_dequeue:
2558  *
2559  *      Remove the given page from its current page queue.
2560  *
2561  *      The page must be locked.
2562  */
2563 void
2564 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
2565 {
2566         struct vm_pagequeue *pq;
2567
2568         vm_page_assert_locked(m);
2569         KASSERT(m->queue < PQ_COUNT, ("vm_page_dequeue: page %p is not queued",
2570             m));
2571         pq = vm_page_pagequeue(m);
2572         vm_pagequeue_lock(pq);
2573         m->queue = PQ_NONE;
2574         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2575         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2576         vm_pagequeue_unlock(pq);
2577 }
2578
2579 /*
2580  *      vm_page_dequeue_locked:
2581  *
2582  *      Remove the given page from its current page queue.
2583  *
2584  *      The page and page queue must be locked.
2585  */
2586 void
2587 vm_page_dequeue_locked(vm_page_t m)
2588 {
2589         struct vm_pagequeue *pq;
2590
2591         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2592         pq = vm_page_pagequeue(m);
2593         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2594         m->queue = PQ_NONE;
2595         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2596         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2597 }
2598
2599 /*
2600  *      vm_page_enqueue:
2601  *
2602  *      Add the given page to the specified page queue.
2603  *
2604  *      The page must be locked.
2605  */
2606 static void
2607 vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m)
2608 {
2609         struct vm_pagequeue *pq;
2610
2611         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2612         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
2613             ("vm_page_enqueue: invalid queue %u request for page %p",
2614             queue, m));
2615         if (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE)
2616                 pq = &vm_dom[0].vmd_pagequeues[queue];
2617         else
2618                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
2619         vm_pagequeue_lock(pq);
2620         m->queue = queue;
2621         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2622         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2623         vm_pagequeue_unlock(pq);
2624 }
2625
2626 /*
2627  *      vm_page_requeue:
2628  *
2629  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2630  *
2631  *      The page must be locked.
2632  */
2633 void
2634 vm_page_requeue(vm_page_t m)
2635 {
2636         struct vm_pagequeue *pq;
2637
2638         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2639         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2640             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
2641         pq = vm_page_pagequeue(m);
2642         vm_pagequeue_lock(pq);
2643         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2644         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2645         vm_pagequeue_unlock(pq);
2646 }
2647
2648 /*
2649  *      vm_page_requeue_locked:
2650  *
2651  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2652  *
2653  *      The page queue must be locked.
2654  */
2655 void
2656 vm_page_requeue_locked(vm_page_t m)
2657 {
2658         struct vm_pagequeue *pq;
2659
2660         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2661             ("vm_page_requeue_locked: page %p is not queued", m));
2662         pq = vm_page_pagequeue(m);
2663         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2664         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2665         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2666 }
2667
2668 /*
2669  *      vm_page_activate:
2670  *
2671  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
2672  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
2673  *      mess with it.
2674  *
2675  *      The page must be locked.
2676  */
2677 void
2678 vm_page_activate(vm_page_t m)
2679 {
2680         int queue;
2681
2682         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2683         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
2684                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2685                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2686                                 m->act_count = ACT_INIT;
2687                         if (queue != PQ_NONE)
2688                                 vm_page_dequeue(m);
2689                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
2690                 } else
2691                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2692                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
2693         } else {
2694                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2695                         m->act_count = ACT_INIT;
2696         }
2697 }
2698
2699 /*
2700  *      vm_page_free_wakeup:
2701  *
2702  *      Helper routine for vm_page_free_toq().  This routine is called
2703  *      when a page is added to the free queues.
2704  *
2705  *      The page queues must be locked.
2706  */
2707 static inline void
2708 vm_page_free_wakeup(void)
2709 {
2710
2711         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
2712         /*
2713          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
2714          * some free.
2715          */
2716         if (vm_pageout_pages_needed &&
2717             vm_cnt.v_free_count >= vm_cnt.v_pageout_free_min) {
2718                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2719                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2720         }
2721         /*
2722          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
2723          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
2724          * lots of memory. this process will swapin processes.
2725          */
2726         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
2727                 vm_pages_needed = false;
2728                 wakeup(&vm_cnt.v_free_count);
2729         }
2730 }
2731
2732 /*
2733  *      vm_page_free_toq:
2734  *
2735  *      Returns the given page to the free list,
2736  *      disassociating it with any VM object.
2737  *
2738  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
2739  */
2740 void
2741 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2742 {
2743
2744         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2745                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2746                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2747                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
2748         } else
2749                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
2750                     ("vm_page_free_toq: unmanaged page %p is queued", m));
2751         VM_CNT_INC(v_tfree);
2752
2753         if (vm_page_sbusied(m))
2754                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
2755
2756         /*
2757          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
2758          * the page here because we do not want to call the pager's
2759          * callback routine until after we've put the page on the
2760          * appropriate free queue.
2761          */
2762         vm_page_remque(m);
2763         vm_page_remove(m);
2764
2765         /*
2766          * If fictitious remove object association and
2767          * return, otherwise delay object association removal.
2768          */
2769         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2770                 return;
2771         }
2772
2773         m->valid = 0;
2774         vm_page_undirty(m);
2775
2776         if (m->wire_count != 0)
2777                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
2778         if (m->hold_count != 0) {
2779                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2780                 KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2781                     ("vm_page_free: freeing PG_UNHOLDFREE page %p", m));
2782                 m->flags |= PG_UNHOLDFREE;
2783         } else {
2784                 /*
2785                  * Restore the default memory attribute to the page.
2786                  */
2787                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2788                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2789
2790                 /*
2791                  * Insert the page into the physical memory allocator's free
2792                  * page queues.
2793                  */
2794                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2795                 vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2796 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2797                 if (!vm_reserv_free_page(m))
2798 #else
2799                 if (TRUE)
2800 #endif
2801                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2802                 vm_page_free_wakeup();
2803                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2804         }
2805 }
2806
2807 /*
2808  *      vm_page_wire:
2809  *
2810  *      Mark this page as wired down by yet
2811  *      another map, removing it from paging queues
2812  *      as necessary.
2813  *
2814  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
2815  *
2816  *      The page must be locked.
2817  */
2818 void
2819 vm_page_wire(vm_page_t m)
2820 {
2821
2822         /*
2823          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2824          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2825          * it is already off the queues).
2826          */
2827         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2828         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2829                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2830                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
2831                     m));
2832                 return;
2833         }
2834         if (m->wire_count == 0) {
2835                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 ||
2836                     m->queue == PQ_NONE,
2837                     ("vm_page_wire: unmanaged page %p is queued", m));
2838                 vm_page_remque(m);
2839                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2840         }
2841         m->wire_count++;
2842         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2843 }
2844
2845 /*
2846  * vm_page_unwire:
2847  *
2848  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
2849  * paged out.  Returns TRUE if the number of wirings transitions to zero and
2850  * FALSE otherwise.
2851  *
2852  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
2853  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
2854  * the page is added to the specified paging queue (unless PQ_NONE is
2855  * specified).
2856  *
2857  * If a page is fictitious, then its wire count must always be one.
2858  *
2859  * A managed page must be locked.
2860  */
2861 boolean_t
2862 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue)
2863 {
2864
2865         KASSERT(queue < PQ_COUNT || queue == PQ_NONE,
2866             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p",
2867             queue, m));
2868         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2869                 vm_page_assert_locked(m);
2870         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2871                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2872             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2873                 return (FALSE);
2874         }
2875         if (m->wire_count > 0) {
2876                 m->wire_count--;
2877                 if (m->wire_count == 0) {
2878                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2879                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
2880                             m->object != NULL && queue != PQ_NONE)
2881                                 vm_page_enqueue(queue, m);
2882                         return (TRUE);
2883                 } else
2884                         return (FALSE);
2885         } else
2886                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2887 }
2888
2889 /*
2890  * Move the specified page to the inactive queue.
2891  *
2892  * Normally, "noreuse" is FALSE, resulting in LRU ordering of the inactive
2893  * queue.  However, setting "noreuse" to TRUE will accelerate the specified
2894  * page's reclamation, but it will not unmap the page from any address space.
2895  * This is implemented by inserting the page near the head of the inactive
2896  * queue, using a marker page to guide FIFO insertion ordering.
2897  *
2898  * The page must be locked.
2899  */
2900 static inline void
2901 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, boolean_t noreuse)
2902 {
2903         struct vm_pagequeue *pq;
2904         int queue;
2905
2906         vm_page_assert_locked(m);
2907
2908         /*
2909          * Ignore if the page is already inactive, unless it is unlikely to be
2910          * reactivated.
2911          */
2912         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE && !noreuse)
2913                 return;
2914         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2915                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE];
2916                 /* Avoid multiple acquisitions of the inactive queue lock. */
2917                 if (queue == PQ_INACTIVE) {
2918                         vm_pagequeue_lock(pq);
2919                         vm_page_dequeue_locked(m);
2920                 } else {
2921                         if (queue != PQ_NONE)
2922                                 vm_page_dequeue(m);
2923                         vm_pagequeue_lock(pq);
2924                 }
2925                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2926                 if (noreuse)
2927                         TAILQ_INSERT_BEFORE(&vm_phys_domain(m)->vmd_inacthead,
2928                             m, plinks.q);
2929                 else
2930                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2931                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2932                 vm_pagequeue_unlock(pq);
2933         }
2934 }
2935
2936 /*
2937  * Move the specified page to the inactive queue.
2938  *
2939  * The page must be locked.
2940  */
2941 void
2942 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2943 {
2944
2945         _vm_page_deactivate(m, FALSE);
2946 }
2947
2948 /*
2949  * Move the specified page to the inactive queue with the expectation
2950  * that it is unlikely to be reused.
2951  *
2952  * The page must be locked.
2953  */
2954 void
2955 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
2956 {
2957
2958         _vm_page_deactivate(m, TRUE);
2959 }
2960
2961 /*
2962  * vm_page_launder
2963  *
2964  *      Put a page in the laundry.
2965  */
2966 void
2967 vm_page_launder(vm_page_t m)
2968 {
2969         int queue;
2970
2971         vm_page_assert_locked(m);
2972         if ((queue = m->queue) != PQ_LAUNDRY) {
2973                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2974                         if (queue != PQ_NONE)
2975                                 vm_page_dequeue(m);
2976                         vm_page_enqueue(PQ_LAUNDRY, m);
2977                 } else
2978                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2979                             ("wired page %p is queued", m));
2980         }
2981 }
2982
2983 /*
2984  * vm_page_unswappable
2985  *
2986  *      Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
2987  */
2988 void
2989 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
2990 {
2991
2992         vm_page_assert_locked(m);
2993         KASSERT(m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2994             ("page %p already unswappable", m));
2995         if (m->queue != PQ_NONE)
2996                 vm_page_dequeue(m);
2997         vm_page_enqueue(PQ_UNSWAPPABLE, m);
2998 }
2999
3000 /*
3001  * vm_page_try_to_free()
3002  *
3003  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
3004  *      1 is returned on success, 0 on failure.
3005  */
3006 int
3007 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
3008 {
3009
3010         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
3011         if (m->object != NULL)
3012                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3013         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
3014             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_busied(m))
3015                 return (0);
3016         pmap_remove_all(m);
3017         if (m->dirty)
3018                 return (0);
3019         vm_page_free(m);
3020         return (1);
3021 }
3022
3023 /*
3024  * vm_page_advise
3025  *
3026  *      Apply the specified advice to the given page.
3027  *
3028  *      The object and page must be locked.
3029  */
3030 void
3031 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
3032 {
3033
3034         vm_page_assert_locked(m);
3035         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3036         if (advice == MADV_FREE)
3037                 /*
3038                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
3039                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
3040                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
3041                  * would result in a page fault on a later access.
3042                  */
3043                 vm_page_undirty(m);
3044         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
3045                 if (advice == MADV_WILLNEED)
3046                         vm_page_activate(m);
3047                 return;
3048         }
3049
3050         /*
3051          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
3052          * immediately reactivate the page.
3053          */
3054         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
3055
3056         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
3057                 vm_page_dirty(m);
3058
3059         /*
3060          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
3061          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
3062          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
3063          * laundry are moved there.
3064          */
3065         if (m->dirty == 0)
3066                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
3067         else
3068                 vm_page_launder(m);
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
3073  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
3074  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
3075  * and then conditionally zero it.
3076  *
3077  * This routine may sleep.
3078  *
3079  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
3080  * and reacquired if the routine sleeps.
3081  */
3082 vm_page_t
3083 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3084 {
3085         vm_page_t m;
3086         int sleep;
3087
3088         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3089         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
3090             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
3091             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
3092 retrylookup:
3093         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
3094                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
3095                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
3096                 if (sleep) {
3097                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3098                                 return (NULL);
3099                         /*
3100                          * Reference the page before unlocking and
3101                          * sleeping so that the page daemon is less
3102                          * likely to reclaim it.
3103                          */
3104                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3105                         vm_page_lock(m);
3106                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3107                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
3108                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
3109                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3110                         goto retrylookup;
3111                 } else {
3112                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
3113                                 vm_page_lock(m);
3114                                 vm_page_wire(m);
3115                                 vm_page_unlock(m);
3116                         }
3117                         if ((allocflags &
3118                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
3119                                 vm_page_xbusy(m);
3120                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
3121                                 vm_page_sbusy(m);
3122                         return (m);
3123                 }
3124         }
3125         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags);
3126         if (m == NULL) {
3127                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3128                         return (NULL);
3129                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3130                 VM_WAIT;
3131                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
3132                 goto retrylookup;
3133         }
3134         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
3135                 pmap_zero_page(m);
3136         return (m);
3137 }
3138
3139 /*
3140  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
3141  *
3142  * Inputs are required to range within a page.
3143  */
3144 vm_page_bits_t
3145 vm_page_bits(int base, int size)
3146 {
3147         int first_bit;
3148         int last_bit;
3149
3150         KASSERT(
3151             base + size <= PAGE_SIZE,
3152             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3153         );
3154
3155         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3156                 return (0);
3157
3158         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3159         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3160
3161         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
3162             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
3163 }
3164
3165 /*
3166  *      vm_page_set_valid_range:
3167  *
3168  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
3169  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3170  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3171  *      such chunks will be zeroed.
3172  *
3173  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3174  */
3175 void
3176 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
3177 {
3178         int endoff, frag;
3179
3180         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3181         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3182                 return;
3183
3184         /*
3185          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3186          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3187          * first block.
3188          */
3189         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3190             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3191                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3192
3193         /*
3194          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3195          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3196          * the last block.
3197          */
3198         endoff = base + size;
3199         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3200             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3201                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3202                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3203
3204         /*
3205          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
3206          * is already dirty.
3207          */
3208         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
3209             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
3210
3211         /*
3212          * Set valid bits inclusive of any overlap.
3213          */
3214         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3215 }
3216
3217 /*
3218  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
3219  */
3220 static __inline void
3221 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
3222 {
3223         uintptr_t addr;
3224 #if PAGE_SIZE < 16384
3225         int shift;
3226 #endif
3227
3228         /*
3229          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
3230          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
3231          * set by a concurrent pmap operation.
3232          */
3233         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3234         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
3235                 m->dirty &= ~pagebits;
3236         else {
3237                 /*
3238                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
3239                  * holding a distinguished lock.  The combination of
3240                  * the object's lock and an atomic operation suffice
3241                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
3242                  *
3243                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
3244                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
3245                  * alignment is needed. Only require existence of
3246                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
3247                  */
3248                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
3249 #if PAGE_SIZE == 32768
3250                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
3251 #elif PAGE_SIZE == 16384
3252                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
3253 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
3254                 /*
3255                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
3256                  * containing aligned word, to not depend on the existence
3257                  * of atomic_clear_{8, 16}.
3258                  */
3259                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
3260 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
3261                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
3262 #else
3263                 shift *= NBBY;
3264 #endif
3265                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
3266                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
3267 #endif          /* PAGE_SIZE */
3268         }
3269 }
3270
3271 /*
3272  *      vm_page_set_validclean:
3273  *
3274  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3275  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3276  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3277  *      such chunks will be zero'd.
3278  *
3279  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3280  */
3281 void
3282 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3283 {
3284         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
3285         int endoff, frag;
3286
3287         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3288         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3289                 return;
3290
3291         /*
3292          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3293          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3294          * first block.
3295          */
3296         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3297             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3298                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3299
3300         /*
3301          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3302          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3303          * the last block.
3304          */
3305         endoff = base + size;
3306         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3307             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3308                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3309                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3310
3311         /*
3312          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3313          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3314          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
3315          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3316          * be set again.
3317          *
3318          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3319          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3320          * the range.
3321          */
3322         oldvalid = m->valid;
3323         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3324         m->valid |= pagebits;
3325 #if 0   /* NOT YET */
3326         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
3327                 frag = DEV_BSIZE - frag;
3328                 base += frag;
3329                 size -= frag;
3330                 if (size < 0)
3331                         size = 0;
3332         }
3333         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
3334 #endif
3335         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3336                 /*
3337                  * The page can only be modified within the pmap if it is
3338                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
3339                  * fully valid.
3340                  */
3341                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
3342                         /*
3343                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
3344                          * a concurrent pmap operation, such as
3345                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
3346                          * pmap and set the dirty field on the page before
3347                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
3348                          * field was cleared here.
3349                          */
3350                         pmap_clear_modify(m);
3351                 m->dirty = 0;
3352                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
3353         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3354                 m->dirty &= ~pagebits;
3355         else
3356                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
3357 }
3358
3359 void
3360 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3361 {
3362
3363         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
3364 }
3365
3366 /*
3367  *      vm_page_set_invalid:
3368  *
3369  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3370  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3371  */
3372 void
3373 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3374 {
3375         vm_page_bits_t bits;
3376         vm_object_t object;
3377
3378         object = m->object;
3379         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3380         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
3381             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
3382                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
3383         else
3384                 bits = vm_page_bits(base, size);
3385         if (object->ref_count != 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL &&
3386             bits != 0)
3387                 pmap_remove_all(m);
3388         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
3389             !pmap_page_is_mapped(m),
3390             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
3391         m->valid &= ~bits;
3392         m->dirty &= ~bits;
3393 }
3394
3395 /*
3396  * vm_page_zero_invalid()
3397  *
3398  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
3399  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3400  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3401  *      page so user code sees what it expects.
3402  *
3403  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
3404  *      into memory and the file's size is not page aligned.
3405  */
3406 void
3407 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3408 {
3409         int b;
3410         int i;
3411
3412         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3413         /*
3414          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3415          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3416          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
3417          * vm_page_set_validclean().
3418          */
3419         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3420                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
3421                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
3422                         if (i > b) {
3423                                 pmap_zero_page_area(m,
3424                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
3425                         }
3426                         b = i + 1;
3427                 }
3428         }
3429
3430         /*
3431          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3432          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
3433          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3434          */
3435         if (setvalid)
3436                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3437 }
3438
3439 /*
3440  *      vm_page_is_valid:
3441  *
3442  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3443  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
3444  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
3445  */
3446 int
3447 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3448 {
3449         vm_page_bits_t bits;
3450
3451         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3452         bits = vm_page_bits(base, size);
3453         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
3454 }
3455
3456 /*
3457  *      vm_page_ps_is_valid:
3458  *
3459  *      Returns TRUE if the entire (super)page is valid and FALSE otherwise.
3460  */
3461 boolean_t
3462 vm_page_ps_is_valid(vm_page_t m)
3463 {
3464         int i, npages;
3465
3466         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3467         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
3468
3469         /*
3470          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
3471          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
3472          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
3473          */
3474         for (i = 0; i < npages; i++) {
3475                 if (m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3476                         return (FALSE);
3477         }
3478         return (TRUE);
3479 }
3480
3481 /*
3482  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
3483  */
3484 void
3485 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3486 {
3487
3488         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3489         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
3490                 vm_page_dirty(m);
3491 }
3492
3493 void
3494 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3495 {
3496
3497         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3498 }
3499
3500 void
3501 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3502 {
3503
3504         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3505 }
3506
3507 int
3508 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3509 {
3510
3511         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
3512 }
3513
3514 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
3515 void
3516 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3517 {
3518
3519         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
3520 }
3521
3522 void
3523 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
3524 {
3525
3526         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
3527 }
3528 #endif
3529
3530 #ifdef INVARIANTS
3531 void
3532 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
3533 {
3534
3535         /*
3536          * Certain of the page's fields may only be modified by the
3537          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
3538          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
3539          * not recorded, and thus cannot be checked here.
3540          */
3541         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
3542                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3543 }
3544
3545 void
3546 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits)
3547 {
3548
3549         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
3550                 return;
3551
3552         /*
3553          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
3554          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
3555          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
3556          */
3557         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3558             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
3559         if (!vm_page_xbusied(m))
3560                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3561 }
3562 #endif
3563
3564 #include "opt_ddb.h"
3565 #ifdef DDB
3566 #include <sys/kernel.h>
3567
3568 #include <ddb/ddb.h>
3569
3570 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3571 {
3572
3573         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3574         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_cnt.v_inactive_count);
3575         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_cnt.v_active_count);
3576         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_cnt.v_laundry_count);
3577         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_cnt.v_wire_count);
3578         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
3579         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
3580         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
3581         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
3582 }
3583
3584 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3585 {
3586         int dom;
3587
3588         db_printf("pq_free %d\n", vm_cnt.v_free_count);
3589         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
3590                 db_printf(
3591     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
3592                     dom,
3593                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
3594                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
3595                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
3596                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
3597                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
3598                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
3599         }
3600 }
3601
3602 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
3603 {
3604         vm_page_t m;
3605         boolean_t phys;
3606
3607         if (!have_addr) {
3608                 db_printf("show pginfo addr\n");
3609                 return;
3610         }
3611
3612         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
3613         if (phys)
3614                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
3615         else
3616                 m = (vm_page_t)addr;
3617         db_printf(
3618     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
3619     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
3620             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
3621             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
3622             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
3623 }
3624 #endif /* DDB */