]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
Change the way that unmanaged pages are created. Specifically,
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
33  */
34
35 /*-
36  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
37  * All rights reserved.
38  *
39  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
40  *
41  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
42  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
43  * notice and this permission notice appear in all copies of the
44  * software, derivative works or modified versions, and any portions
45  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
46  *
47  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
48  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
49  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
50  *
51  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
52  *
53  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
54  *  School of Computer Science
55  *  Carnegie Mellon University
56  *  Pittsburgh PA 15213-3890
57  *
58  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
59  * rights to redistribute these changes.
60  */
61
62 /*
63  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
64  *
65  *      - a pageq mutex is required when adding or removing a page from a
66  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
67  *        busy state of a page.
68  *
69  *      - a hash chain mutex is required when associating or disassociating
70  *        a page from the VM PAGE CACHE hash table (vm_page_buckets),
71  *        regardless of other mutexes or the busy state of a page.
72  *
73  *      - either a hash chain mutex OR a busied page is required in order
74  *        to modify the page flags.  A hash chain mutex must be obtained in
75  *        order to busy a page.  A page's flags cannot be modified by a
76  *        hash chain mutex if the page is marked busy.
77  *
78  *      - The object memq mutex is held when inserting or removing
79  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).  This
80  *        is different from the object's main mutex.
81  *
82  *      Generally speaking, you have to be aware of side effects when running
83  *      vm_page ops.  A vm_page_lookup() will return with the hash chain
84  *      locked, whether it was able to lookup the page or not.  vm_page_free(),
85  *      vm_page_cache(), vm_page_activate(), and a number of other routines
86  *      will release the hash chain mutex for you.  Intermediate manipulation
87  *      routines such as vm_page_flag_set() expect the hash chain to be held
88  *      on entry and the hash chain will remain held on return.
89  *
90  *      pageq scanning can only occur with the pageq in question locked.
91  *      We have a known bottleneck with the active queue, but the cache
92  *      and free queues are actually arrays already. 
93  */
94
95 /*
96  *      Resident memory management module.
97  */
98
99 #include <sys/cdefs.h>
100 __FBSDID("$FreeBSD$");
101
102 #include <sys/param.h>
103 #include <sys/systm.h>
104 #include <sys/lock.h>
105 #include <sys/kernel.h>
106 #include <sys/malloc.h>
107 #include <sys/mutex.h>
108 #include <sys/proc.h>
109 #include <sys/sysctl.h>
110 #include <sys/vmmeter.h>
111 #include <sys/vnode.h>
112
113 #include <vm/vm.h>
114 #include <vm/vm_param.h>
115 #include <vm/vm_kern.h>
116 #include <vm/vm_object.h>
117 #include <vm/vm_page.h>
118 #include <vm/vm_pageout.h>
119 #include <vm/vm_pager.h>
120 #include <vm/vm_extern.h>
121 #include <vm/uma.h>
122 #include <vm/uma_int.h>
123
124 #include <machine/md_var.h>
125
126 /*
127  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
128  *      page structure.
129  */
130
131 struct mtx vm_page_queue_mtx;
132 struct mtx vm_page_queue_free_mtx;
133
134 vm_page_t vm_page_array = 0;
135 int vm_page_array_size = 0;
136 long first_page = 0;
137 int vm_page_zero_count = 0;
138
139 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
140 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
141 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
142         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
143
144 /*
145  *      vm_set_page_size:
146  *
147  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
148  *      size.  Must be called before any use of page-size
149  *      dependent functions.
150  */
151 void
152 vm_set_page_size(void)
153 {
154         if (cnt.v_page_size == 0)
155                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
156         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
157                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
158 }
159
160 /*
161  *      vm_page_blacklist_lookup:
162  *
163  *      See if a physical address in this page has been listed
164  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
165  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
166  *      encountered then the rest of the string is skipped.
167  */
168 static int
169 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
170 {
171         vm_paddr_t bad;
172         char *cp, *pos;
173
174         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
175                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
176                 if (*cp != '\0') {
177                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
178                                 cp++;
179                                 if (cp == pos)
180                                         continue;
181                         } else
182                                 break;
183                 }
184                 if (pa == trunc_page(bad))
185                         return (1);
186         }
187         return (0);
188 }
189
190 /*
191  *      vm_page_startup:
192  *
193  *      Initializes the resident memory module.
194  *
195  *      Allocates memory for the page cells, and
196  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
197  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
198  */
199 vm_offset_t
200 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
201 {
202         vm_offset_t mapped;
203         vm_size_t npages;
204         vm_paddr_t page_range;
205         vm_paddr_t new_end;
206         int i;
207         vm_paddr_t pa;
208         int nblocks;
209         vm_paddr_t last_pa;
210         char *list;
211
212         /* the biggest memory array is the second group of pages */
213         vm_paddr_t end;
214         vm_paddr_t biggestsize;
215         vm_paddr_t low_water, high_water;
216         int biggestone;
217
218         vm_paddr_t total;
219
220         total = 0;
221         biggestsize = 0;
222         biggestone = 0;
223         nblocks = 0;
224         vaddr = round_page(vaddr);
225
226         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
227                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
228                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
229         }
230
231         low_water = phys_avail[0];
232         high_water = phys_avail[1];
233
234         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
235                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
236
237                 if (size > biggestsize) {
238                         biggestone = i;
239                         biggestsize = size;
240                 }
241                 if (phys_avail[i] < low_water)
242                         low_water = phys_avail[i];
243                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
244                         high_water = phys_avail[i + 1];
245                 ++nblocks;
246                 total += size;
247         }
248
249         end = phys_avail[biggestone+1];
250
251         /*
252          * Initialize the locks.
253          */
254         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue mutex", NULL, MTX_DEF |
255             MTX_RECURSE);
256         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page queue free mutex", NULL,
257             MTX_DEF);
258
259         /*
260          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
261          * and the inactive queue.
262          */
263         vm_pageq_init();
264
265         /*
266          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
267          * allocator.
268          */
269         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
270         new_end = trunc_page(new_end);
271         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
272             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
273         bzero((void *)mapped, end - new_end);
274         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
275
276 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__)
277         /*
278          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
279          * needs to be included in a minidump.
280          *
281          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
282          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
283          *
284          * However, i386 still needs this workspace internally within the
285          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
286          * included should the sf_buf code decide to use them.
287          */
288         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
289         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
290         new_end -= vm_page_dump_size;
291         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
292             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
293         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
294 #endif
295         /*
296          * Compute the number of pages of memory that will be available for
297          * use (taking into account the overhead of a page structure per
298          * page).
299          */
300         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
301         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
302         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
303             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
304         end = new_end;
305
306         /*
307          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
308          */
309         vaddr += PAGE_SIZE;
310
311         /*
312          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
313          * queue.
314          */
315         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
316         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
317             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
318         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
319 #ifdef __amd64__
320         /*
321          * pmap_map on amd64 comes out of the direct-map, not kvm like i386,
322          * so the pages must be tracked for a crashdump to include this data.
323          * This includes the vm_page_array and the early UMA bootstrap pages.
324          */
325         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
326                 dump_add_page(pa);
327 #endif  
328         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
329
330         /*
331          * Clear all of the page structures
332          */
333         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
334         vm_page_array_size = page_range;
335
336         /*
337          * This assertion tests the hypothesis that npages and total are
338          * redundant.  XXX
339          */
340         page_range = 0;
341         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
342                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
343         KASSERT(page_range == npages,
344             ("vm_page_startup: inconsistent page counts"));
345
346         /*
347          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
348          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
349          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
350          * the exhaustion of low physical memory before isa_dma_init has run.
351          */
352         cnt.v_page_count = 0;
353         cnt.v_free_count = 0;
354         list = getenv("vm.blacklist");
355         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
356                 pa = phys_avail[i];
357                 last_pa = phys_avail[i + 1];
358                 while (pa < last_pa) {
359                         if (list != NULL &&
360                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
361                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
362                                     (uintmax_t)pa);
363                         else
364                                 vm_pageq_add_new_page(pa);
365                         pa += PAGE_SIZE;
366                 }
367         }
368         freeenv(list);
369         return (vaddr);
370 }
371
372 void
373 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned short bits)
374 {
375
376         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
377         m->flags |= bits;
378
379
380 void
381 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned short bits)
382 {
383
384         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
385         m->flags &= ~bits;
386 }
387
388 void
389 vm_page_busy(vm_page_t m)
390 {
391
392         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
393         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
394             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
395         m->oflags |= VPO_BUSY;
396 }
397
398 /*
399  *      vm_page_flash:
400  *
401  *      wakeup anyone waiting for the page.
402  */
403 void
404 vm_page_flash(vm_page_t m)
405 {
406
407         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
408         if (m->oflags & VPO_WANTED) {
409                 m->oflags &= ~VPO_WANTED;
410                 wakeup(m);
411         }
412 }
413
414 /*
415  *      vm_page_wakeup:
416  *
417  *      clear the VPO_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
418  *      page.
419  *
420  */
421 void
422 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
423 {
424
425         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
426         KASSERT(m->oflags & VPO_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
427         m->oflags &= ~VPO_BUSY;
428         vm_page_flash(m);
429 }
430
431 void
432 vm_page_io_start(vm_page_t m)
433 {
434
435         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
436         m->busy++;
437 }
438
439 void
440 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
441 {
442
443         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
444         m->busy--;
445         if (m->busy == 0)
446                 vm_page_flash(m);
447 }
448
449 /*
450  * Keep page from being freed by the page daemon
451  * much of the same effect as wiring, except much lower
452  * overhead and should be used only for *very* temporary
453  * holding ("wiring").
454  */
455 void
456 vm_page_hold(vm_page_t mem)
457 {
458
459         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
460         mem->hold_count++;
461 }
462
463 void
464 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
465 {
466
467         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
468         --mem->hold_count;
469         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
470         if (mem->hold_count == 0 && VM_PAGE_INQUEUE2(mem, PQ_HOLD))
471                 vm_page_free_toq(mem);
472 }
473
474 /*
475  *      vm_page_free:
476  *
477  *      Free a page.
478  */
479 void
480 vm_page_free(vm_page_t m)
481 {
482
483         m->flags &= ~PG_ZERO;
484         vm_page_free_toq(m);
485 }
486
487 /*
488  *      vm_page_free_zero:
489  *
490  *      Free a page to the zerod-pages queue
491  */
492 void
493 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
494 {
495
496         m->flags |= PG_ZERO;
497         vm_page_free_toq(m);
498 }
499
500 /*
501  *      vm_page_sleep:
502  *
503  *      Sleep and release the page queues lock.
504  *
505  *      The object containing the given page must be locked.
506  */
507 void
508 vm_page_sleep(vm_page_t m, const char *msg)
509 {
510
511         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
512         if (!mtx_owned(&vm_page_queue_mtx))
513                 vm_page_lock_queues();
514         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
515         vm_page_unlock_queues();
516
517         /*
518          * It's possible that while we sleep, the page will get
519          * unbusied and freed.  If we are holding the object
520          * lock, we will assume we hold a reference to the object
521          * such that even if m->object changes, we can re-lock
522          * it.
523          */
524         m->oflags |= VPO_WANTED;
525         msleep(m, VM_OBJECT_MTX(m->object), PVM, msg, 0);
526 }
527
528 /*
529  *      vm_page_dirty:
530  *
531  *      make page all dirty
532  */
533 void
534 vm_page_dirty(vm_page_t m)
535 {
536         KASSERT(VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE1(m) != PQ_CACHE,
537             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
538         KASSERT(VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE1(m) != PQ_FREE,
539             ("vm_page_dirty: page is free!"));
540         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
541 }
542
543 /*
544  *      vm_page_splay:
545  *
546  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
547  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
548  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
549  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
550  */
551 vm_page_t
552 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
553 {
554         struct vm_page dummy;
555         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
556
557         if (root == NULL)
558                 return (root);
559         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
560         for (;; root = y) {
561                 if (pindex < root->pindex) {
562                         if ((y = root->left) == NULL)
563                                 break;
564                         if (pindex < y->pindex) {
565                                 /* Rotate right. */
566                                 root->left = y->right;
567                                 y->right = root;
568                                 root = y;
569                                 if ((y = root->left) == NULL)
570                                         break;
571                         }
572                         /* Link into the new root's right tree. */
573                         righttreemin->left = root;
574                         righttreemin = root;
575                 } else if (pindex > root->pindex) {
576                         if ((y = root->right) == NULL)
577                                 break;
578                         if (pindex > y->pindex) {
579                                 /* Rotate left. */
580                                 root->right = y->left;
581                                 y->left = root;
582                                 root = y;
583                                 if ((y = root->right) == NULL)
584                                         break;
585                         }
586                         /* Link into the new root's left tree. */
587                         lefttreemax->right = root;
588                         lefttreemax = root;
589                 } else
590                         break;
591         }
592         /* Assemble the new root. */
593         lefttreemax->right = root->left;
594         righttreemin->left = root->right;
595         root->left = dummy.right;
596         root->right = dummy.left;
597         return (root);
598 }
599
600 /*
601  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
602  *
603  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
604  *
605  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
606  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
607  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
608  *      here so we *can't* do this anyway.
609  *
610  *      The object and page must be locked.
611  *      This routine may not block.
612  */
613 void
614 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
615 {
616         vm_page_t root;
617
618         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
619         if (m->object != NULL)
620                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
621
622         /*
623          * Record the object/offset pair in this page
624          */
625         m->object = object;
626         m->pindex = pindex;
627
628         /*
629          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
630          */
631         root = object->root;
632         if (root == NULL) {
633                 m->left = NULL;
634                 m->right = NULL;
635                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
636         } else {
637                 root = vm_page_splay(pindex, root);
638                 if (pindex < root->pindex) {
639                         m->left = root->left;
640                         m->right = root;
641                         root->left = NULL;
642                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
643                 } else if (pindex == root->pindex)
644                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
645                 else {
646                         m->right = root->right;
647                         m->left = root;
648                         root->right = NULL;
649                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
650                 }
651         }
652         object->root = m;
653         object->generation++;
654
655         /*
656          * show that the object has one more resident page.
657          */
658         object->resident_page_count++;
659         /*
660          * Hold the vnode until the last page is released.
661          */
662         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
663                 vhold((struct vnode *)object->handle);
664
665         /*
666          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
667          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
668          */
669         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
670                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
671 }
672
673 /*
674  *      vm_page_remove:
675  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
676  *
677  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
678  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
679  *      the backing store.
680  *
681  *      The object and page must be locked.
682  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
683  *      This routine may not block.
684  */
685 void
686 vm_page_remove(vm_page_t m)
687 {
688         vm_object_t object;
689         vm_page_t root;
690
691         if ((object = m->object) == NULL)
692                 return;
693         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
694         if (m->oflags & VPO_BUSY) {
695                 m->oflags &= ~VPO_BUSY;
696                 vm_page_flash(m);
697         }
698         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
699
700         /*
701          * Now remove from the object's list of backed pages.
702          */
703         if (m != object->root)
704                 vm_page_splay(m->pindex, object->root);
705         if (m->left == NULL)
706                 root = m->right;
707         else {
708                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
709                 root->right = m->right;
710         }
711         object->root = root;
712         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
713
714         /*
715          * And show that the object has one fewer resident page.
716          */
717         object->resident_page_count--;
718         object->generation++;
719         /*
720          * The vnode may now be recycled.
721          */
722         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
723                 vdrop((struct vnode *)object->handle);
724
725         m->object = NULL;
726 }
727
728 /*
729  *      vm_page_lookup:
730  *
731  *      Returns the page associated with the object/offset
732  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
733  *
734  *      The object must be locked.
735  *      This routine may not block.
736  *      This is a critical path routine
737  */
738 vm_page_t
739 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
740 {
741         vm_page_t m;
742
743         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
744         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
745                 m = vm_page_splay(pindex, m);
746                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
747                         m = NULL;
748         }
749         return (m);
750 }
751
752 /*
753  *      vm_page_rename:
754  *
755  *      Move the given memory entry from its
756  *      current object to the specified target object/offset.
757  *
758  *      The object must be locked.
759  *      This routine may not block.
760  *
761  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
762  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
763  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
764  *            moving the page from object A to B, and will then later move
765  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
766  *
767  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
768  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
769  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
770  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
771  *            on the cache.
772  */
773 void
774 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
775 {
776
777         vm_page_remove(m);
778         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
779         if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
780                 vm_page_deactivate(m);
781         vm_page_dirty(m);
782 }
783
784 /*
785  *      vm_page_select_cache:
786  *
787  *      Move a page of the given color from the cache queue to the free
788  *      queue.  As pages might be found, but are not applicable, they are
789  *      deactivated.
790  *
791  *      This routine may not block.
792  */
793 vm_page_t
794 vm_page_select_cache(int color)
795 {
796         vm_object_t object;
797         vm_page_t m;
798         boolean_t was_trylocked;
799
800         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
801         while ((m = vm_pageq_find(PQ_CACHE, color, FALSE)) != NULL) {
802                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
803                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
804                     ("Found mapped cache page %p", m));
805                 KASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0,
806                     ("Found unmanaged cache page %p", m));
807                 KASSERT(m->wire_count == 0, ("Found wired cache page %p", m));
808                 if (m->hold_count == 0 && (object = m->object,
809                     (was_trylocked = VM_OBJECT_TRYLOCK(object)) ||
810                     VM_OBJECT_LOCKED(object))) {
811                         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 && m->busy == 0,
812                             ("Found busy cache page %p", m));
813                         vm_page_free(m);
814                         if (was_trylocked)
815                                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
816                         break;
817                 }
818                 vm_page_deactivate(m);
819         }
820         return (m);
821 }
822
823 /*
824  *      vm_page_alloc:
825  *
826  *      Allocate and return a memory cell associated
827  *      with this VM object/offset pair.
828  *
829  *      page_req classes:
830  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
831  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
832  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
833  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
834  *
835  *      This routine may not block.
836  *
837  *      Additional special handling is required when called from an
838  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
839  *      the page cache in this case.
840  */
841 vm_page_t
842 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
843 {
844         vm_page_t m = NULL;
845         int color, flags, page_req;
846
847         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
848         KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0 ||
849             page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT,
850             ("vm_page_alloc(NORMAL|SYSTEM) in interrupt context"));
851
852         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
853                 KASSERT(object != NULL,
854                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
855                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
856                 color = (pindex + object->pg_color) & PQ_COLORMASK;
857         } else
858                 color = pindex & PQ_COLORMASK;
859
860         /*
861          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
862          */
863         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
864                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
865         };
866
867 loop:
868         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
869         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved ||
870             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
871              cnt.v_cache_count == 0 && 
872              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
873             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)) {
874                 /*
875                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
876                  * exceeds the minimum for the request class.
877                  */
878                 m = vm_pageq_find(PQ_FREE, color, (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
879         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
880                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
881                 /*
882                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
883                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
884                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
885                  */
886                 vm_page_lock_queues();
887                 if ((m = vm_page_select_cache(color)) == NULL) {
888                         KASSERT(cnt.v_cache_count == 0,
889                             ("vm_page_alloc: cache queue is missing %d pages",
890                             cnt.v_cache_count));
891                         vm_page_unlock_queues();
892                         atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
893                         pagedaemon_wakeup();
894
895                         if (page_req != VM_ALLOC_SYSTEM) 
896                                 return (NULL);
897
898                         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
899                         if (cnt.v_free_count <= cnt.v_interrupt_free_min) {
900                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
901                                 return (NULL);
902                         }
903                         m = vm_pageq_find(PQ_FREE, color, (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
904                 } else {
905                         vm_page_unlock_queues();
906                         goto loop;
907                 }
908         } else {
909                 /*
910                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
911                  */
912                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
913                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
914                 pagedaemon_wakeup();
915                 return (NULL);
916         }
917
918         /*
919          *  At this point we had better have found a good page.
920          */
921
922         KASSERT(
923             m != NULL,
924             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue")
925         );
926
927         /*
928          * Remove from free queue
929          */
930         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
931
932         /*
933          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
934          */
935         flags = 0;
936         if (m->flags & PG_ZERO) {
937                 vm_page_zero_count--;
938                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
939                         flags = PG_ZERO;
940         }
941         if (object != NULL && object->type == OBJT_PHYS)
942                 flags |= PG_UNMANAGED;
943         m->flags = flags;
944         if (req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ))
945                 m->oflags = 0;
946         else
947                 m->oflags = VPO_BUSY;
948         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
949                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
950                 m->wire_count = 1;
951         } else
952                 m->wire_count = 0;
953         m->hold_count = 0;
954         m->act_count = 0;
955         m->busy = 0;
956         m->valid = 0;
957         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
958         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
959
960         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0)
961                 vm_page_insert(m, object, pindex);
962         else
963                 m->pindex = pindex;
964
965         /*
966          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
967          * we would be nearly out of memory.
968          */
969         if (vm_paging_needed())
970                 pagedaemon_wakeup();
971
972         return (m);
973 }
974
975 /*
976  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
977  *
978  *      Block until free pages are available for allocation
979  *      - Called in various places before memory allocations.
980  */
981 void
982 vm_wait(void)
983 {
984
985         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
986         if (curproc == pageproc) {
987                 vm_pageout_pages_needed = 1;
988                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
989                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
990         } else {
991                 if (!vm_pages_needed) {
992                         vm_pages_needed = 1;
993                         wakeup(&vm_pages_needed);
994                 }
995                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
996                     "vmwait", 0);
997         }
998 }
999
1000 /*
1001  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1002  *
1003  *      Block until free pages are available for allocation
1004  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1005  *        can be easily tracked.
1006  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1007  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1008  *        this balance without careful testing first.
1009  */
1010 void
1011 vm_waitpfault(void)
1012 {
1013
1014         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1015         if (!vm_pages_needed) {
1016                 vm_pages_needed = 1;
1017                 wakeup(&vm_pages_needed);
1018         }
1019         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
1020             "pfault", 0);
1021 }
1022
1023 /*
1024  *      vm_page_activate:
1025  *
1026  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1027  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1028  *      mess with it.
1029  *
1030  *      The page queues must be locked.
1031  *      This routine may not block.
1032  */
1033 void
1034 vm_page_activate(vm_page_t m)
1035 {
1036
1037         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1038         if (VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE2(m) != PQ_ACTIVE) {
1039                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1040                         cnt.v_reactivated++;
1041                 vm_pageq_remove(m);
1042                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1043                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1044                                 m->act_count = ACT_INIT;
1045                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1046                 }
1047         } else {
1048                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1049                         m->act_count = ACT_INIT;
1050         }
1051 }
1052
1053 /*
1054  *      vm_page_free_wakeup:
1055  *
1056  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1057  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1058  *      queues.
1059  *
1060  *      The page queues must be locked.
1061  *      This routine may not block.
1062  */
1063 static inline void
1064 vm_page_free_wakeup(void)
1065 {
1066
1067         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1068         /*
1069          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1070          * some free.
1071          */
1072         if (vm_pageout_pages_needed &&
1073             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1074                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1075                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1076         }
1077         /*
1078          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1079          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1080          * lots of memory. this process will swapin processes.
1081          */
1082         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1083                 vm_pages_needed = 0;
1084                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1085         }
1086 }
1087
1088 /*
1089  *      vm_page_free_toq:
1090  *
1091  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1092  *      disassociating it with any VM object.
1093  *
1094  *      Object and page must be locked prior to entry.
1095  *      This routine may not block.
1096  */
1097
1098 void
1099 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1100 {
1101         struct vpgqueues *pq;
1102
1103         if (VM_PAGE_GETQUEUE(m) != PQ_NONE)
1104                 mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1105         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
1106             ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
1107         cnt.v_tfree++;
1108
1109         if (m->busy || VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_FREE)) {
1110                 printf(
1111                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), VPO_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1112                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->oflags & VPO_BUSY) ? 1 : 0,
1113                     m->hold_count);
1114                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_FREE))
1115                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1116                 else
1117                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1118         }
1119
1120         /*
1121          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1122          * the page here because we do not want to call the pager's
1123          * callback routine until after we've put the page on the
1124          * appropriate free queue.
1125          */
1126         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1127         vm_page_remove(m);
1128
1129         /*
1130          * If fictitious remove object association and
1131          * return, otherwise delay object association removal.
1132          */
1133         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1134                 return;
1135         }
1136
1137         m->valid = 0;
1138         vm_page_undirty(m);
1139
1140         if (m->wire_count != 0) {
1141                 if (m->wire_count > 1) {
1142                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1143                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1144                 }
1145                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1146         }
1147         if (m->hold_count != 0) {
1148                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1149                 vm_pageq_enqueue(PQ_HOLD, m);
1150                 return;
1151         }
1152         VM_PAGE_SETQUEUE1(m, PQ_FREE);
1153         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1154         pq = &vm_page_queues[VM_PAGE_GETQUEUE(m)];
1155         pq->lcnt++;
1156         ++(*pq->cnt);
1157
1158         /*
1159          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1160          * first ) and non-zerod pages at the head.
1161          */
1162         if (m->flags & PG_ZERO) {
1163                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1164                 ++vm_page_zero_count;
1165         } else {
1166                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1167                 vm_page_zero_idle_wakeup();
1168         }
1169         vm_page_free_wakeup();
1170         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1171 }
1172
1173 /*
1174  *      vm_page_wire:
1175  *
1176  *      Mark this page as wired down by yet
1177  *      another map, removing it from paging queues
1178  *      as necessary.
1179  *
1180  *      The page queues must be locked.
1181  *      This routine may not block.
1182  */
1183 void
1184 vm_page_wire(vm_page_t m)
1185 {
1186
1187         /*
1188          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1189          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1190          * it is already off the queues).
1191          */
1192         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1193         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1194                 return;
1195         if (m->wire_count == 0) {
1196                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1197                         vm_pageq_remove(m);
1198                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1199         }
1200         m->wire_count++;
1201         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1202 }
1203
1204 /*
1205  *      vm_page_unwire:
1206  *
1207  *      Release one wiring of this page, potentially
1208  *      enabling it to be paged again.
1209  *
1210  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1211  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1212  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1213  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1214  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1215  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1216  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1217  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1218  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1219  *      reused more quickly.
1220  *
1221  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1222  *      put clean pages on the cache queue.
1223  *
1224  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1225  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1226  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1227  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1228  *
1229  *      The page queues must be locked.
1230  *      This routine may not block.
1231  */
1232 void
1233 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1234 {
1235
1236         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1237         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1238                 return;
1239         if (m->wire_count > 0) {
1240                 m->wire_count--;
1241                 if (m->wire_count == 0) {
1242                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1243                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1244                                 ;
1245                         } else if (activate)
1246                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1247                         else {
1248                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1249                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1250                         }
1251                 }
1252         } else {
1253                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1254         }
1255 }
1256
1257
1258 /*
1259  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1260  * any associated swap, the swap is deallocated.
1261  *
1262  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1263  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1264  * except without unmapping it from the process address space.
1265  *
1266  * This routine may not block.
1267  */
1268 static inline void
1269 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1270 {
1271
1272         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1273
1274         /*
1275          * Ignore if already inactive.
1276          */
1277         if (VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE))
1278                 return;
1279         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1280                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1281                         cnt.v_reactivated++;
1282                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1283                 vm_pageq_remove(m);
1284                 if (athead)
1285                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1286                 else
1287                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1288                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_INACTIVE);
1289                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1290                 cnt.v_inactive_count++;
1291         }
1292 }
1293
1294 void
1295 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1296 {
1297     _vm_page_deactivate(m, 0);
1298 }
1299
1300 /*
1301  * vm_page_try_to_cache:
1302  *
1303  * Returns 0 on failure, 1 on success
1304  */
1305 int
1306 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1307 {
1308
1309         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1310         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1311         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1312             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1313                 return (0);
1314         }
1315         pmap_remove_all(m);
1316         if (m->dirty)
1317                 return (0);
1318         vm_page_cache(m);
1319         return (1);
1320 }
1321
1322 /*
1323  * vm_page_try_to_free()
1324  *
1325  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1326  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1327  */
1328 int
1329 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1330 {
1331
1332         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1333         if (m->object != NULL)
1334                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1335         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1336             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1337                 return (0);
1338         }
1339         pmap_remove_all(m);
1340         if (m->dirty)
1341                 return (0);
1342         vm_page_free(m);
1343         return (1);
1344 }
1345
1346 /*
1347  * vm_page_cache
1348  *
1349  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1350  *
1351  * This routine may not block.
1352  */
1353 void
1354 vm_page_cache(vm_page_t m)
1355 {
1356
1357         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1358         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1359         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || (m->oflags & VPO_BUSY) || m->busy ||
1360             m->hold_count || m->wire_count) {
1361                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1362                 return;
1363         }
1364         if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1365                 return;
1366
1367         /*
1368          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1369          * writeable or mapped.
1370          */
1371         pmap_remove_all(m);
1372         if (m->dirty != 0) {
1373                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1374                         (long)m->pindex);
1375         }
1376         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1377         vm_pageq_enqueue(PQ_CACHE + m->pc, m);
1378         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1379         vm_page_free_wakeup();
1380         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1381 }
1382
1383 /*
1384  * vm_page_dontneed
1385  *
1386  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1387  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1388  *
1389  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1390  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1391  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1392  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1393  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1394  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1395  *
1396  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1397  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1398  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1399  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1400  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1401  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1402  *      often.
1403  */
1404 void
1405 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1406 {
1407         static int dnweight;
1408         int dnw;
1409         int head;
1410
1411         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1412         dnw = ++dnweight;
1413
1414         /*
1415          * occassionally leave the page alone
1416          */
1417         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1418             VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE) || 
1419             VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE)
1420         ) {
1421                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1422                         --m->act_count;
1423                 return;
1424         }
1425
1426         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
1427                 vm_page_dirty(m);
1428
1429         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1430                 /*
1431                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1432                  */
1433                 head = 0;
1434         } else {
1435                 /*
1436                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1437                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1438                  * at the head of the queue instead of the tail.
1439                  */
1440                 head = 1;
1441         }
1442         _vm_page_deactivate(m, head);
1443 }
1444
1445 /*
1446  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1447  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1448  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
1449  * and then conditionally zero it.
1450  *
1451  * This routine may block.
1452  */
1453 vm_page_t
1454 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1455 {
1456         vm_page_t m;
1457
1458         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1459 retrylookup:
1460         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1461                 if (vm_page_sleep_if_busy(m, TRUE, "pgrbwt")) {
1462                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1463                                 return (NULL);
1464                         goto retrylookup;
1465                 } else {
1466                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1467                                 vm_page_lock_queues();
1468                                 vm_page_wire(m);
1469                                 vm_page_unlock_queues();
1470                         }
1471                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
1472                                 vm_page_busy(m);
1473                         return (m);
1474                 }
1475         }
1476         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1477         if (m == NULL) {
1478                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1479                 VM_WAIT;
1480                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1481                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1482                         return (NULL);
1483                 goto retrylookup;
1484         }
1485         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
1486                 pmap_zero_page(m);
1487         return (m);
1488 }
1489
1490 /*
1491  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1492  * a page.  May not block.
1493  *
1494  * Inputs are required to range within a page.
1495  */
1496 inline int
1497 vm_page_bits(int base, int size)
1498 {
1499         int first_bit;
1500         int last_bit;
1501
1502         KASSERT(
1503             base + size <= PAGE_SIZE,
1504             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1505         );
1506
1507         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1508                 return (0);
1509
1510         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1511         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1512
1513         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1514 }
1515
1516 /*
1517  *      vm_page_set_validclean:
1518  *
1519  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1520  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1521  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1522  *      such chunks will be zero'd.
1523  *
1524  *      This routine may not block.
1525  *
1526  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1527  */
1528 void
1529 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1530 {
1531         int pagebits;
1532         int frag;
1533         int endoff;
1534
1535         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1536         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1537         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1538                 return;
1539
1540         /*
1541          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1542          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1543          * first block.
1544          */
1545         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1546             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1547                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1548
1549         /*
1550          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1551          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1552          * the last block.
1553          */
1554         endoff = base + size;
1555         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1556             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1557                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1558                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1559
1560         /*
1561          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1562          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1563          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
1564          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1565          * be set again.
1566          *
1567          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1568          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1569          * the range.
1570          */
1571         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1572         m->valid |= pagebits;
1573 #if 0   /* NOT YET */
1574         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1575                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1576                 base += frag;
1577                 size -= frag;
1578                 if (size < 0)
1579                         size = 0;
1580         }
1581         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1582 #endif
1583         m->dirty &= ~pagebits;
1584         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1585                 pmap_clear_modify(m);
1586                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
1587         }
1588 }
1589
1590 void
1591 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1592 {
1593
1594         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1595         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1596 }
1597
1598 /*
1599  *      vm_page_set_invalid:
1600  *
1601  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1602  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1603  *
1604  *      May not block.
1605  */
1606 void
1607 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1608 {
1609         int bits;
1610
1611         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1612         bits = vm_page_bits(base, size);
1613         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1614         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
1615                 pmap_remove_all(m);
1616         m->valid &= ~bits;
1617         m->dirty &= ~bits;
1618         m->object->generation++;
1619 }
1620
1621 /*
1622  * vm_page_zero_invalid()
1623  *
1624  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1625  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1626  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1627  *      page so user code sees what it expects.
1628  *
1629  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1630  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1631  */
1632 void
1633 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1634 {
1635         int b;
1636         int i;
1637
1638         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1639         /*
1640          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1641          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1642          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1643          * vm_page_set_validclean().
1644          */
1645         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1646                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1647                     (m->valid & (1 << i))
1648                 ) {
1649                         if (i > b) {
1650                                 pmap_zero_page_area(m, 
1651                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1652                         }
1653                         b = i + 1;
1654                 }
1655         }
1656
1657         /*
1658          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1659          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1660          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1661          */
1662         if (setvalid)
1663                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1664 }
1665
1666 /*
1667  *      vm_page_is_valid:
1668  *
1669  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1670  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1671  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1672  *
1673  *      May not block.
1674  */
1675 int
1676 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1677 {
1678         int bits = vm_page_bits(base, size);
1679
1680         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1681         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1682                 return 1;
1683         else
1684                 return 0;
1685 }
1686
1687 /*
1688  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1689  */
1690 void
1691 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1692 {
1693         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1694                 vm_page_dirty(m);
1695         }
1696 }
1697
1698 int so_zerocp_fullpage = 0;
1699
1700 void
1701 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1702 {
1703         vm_page_t mnew;
1704         vm_object_t object;
1705         vm_pindex_t pindex;
1706
1707         object = m->object;
1708         pindex = m->pindex;
1709
1710  retry_alloc:
1711         pmap_remove_all(m);
1712         vm_page_remove(m);
1713         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY);
1714         if (mnew == NULL) {
1715                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1716                 vm_page_unlock_queues();
1717                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1718                 VM_WAIT;
1719                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1720                 vm_page_lock_queues();
1721                 goto retry_alloc;
1722         }
1723
1724         if (m->cow == 0) {
1725                 /* 
1726                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1727                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1728                  * the way they were 
1729                  */
1730                 vm_page_free(mnew);
1731                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1732         } else { /* clear COW & copy page */
1733                 if (!so_zerocp_fullpage)
1734                         pmap_copy_page(m, mnew);
1735                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1736                 vm_page_dirty(mnew);
1737                 mnew->wire_count = m->wire_count - m->cow;
1738                 m->wire_count = m->cow;
1739         }
1740 }
1741
1742 void 
1743 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1744 {
1745
1746         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1747         if (m->cow) {
1748                 m->cow--;
1749                 /* 
1750                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1751                  */
1752         } 
1753         /*
1754          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1755          */ 
1756 }
1757
1758 void
1759 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
1760 {
1761
1762         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1763         m->cow++;
1764         pmap_remove_write(m);
1765 }
1766
1767 #include "opt_ddb.h"
1768 #ifdef DDB
1769 #include <sys/kernel.h>
1770
1771 #include <ddb/ddb.h>
1772
1773 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1774 {
1775         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
1776         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
1777         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
1778         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
1779         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
1780         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
1781         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
1782         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
1783         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
1784         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
1785 }
1786
1787 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1788 {
1789         int i;
1790         db_printf("PQ_FREE:");
1791         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; i++) {
1792                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1793         }
1794         db_printf("\n");
1795                 
1796         db_printf("PQ_CACHE:");
1797         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; i++) {
1798                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1799         }
1800         db_printf("\n");
1801
1802         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1803                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1804                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1805 }
1806 #endif /* DDB */