]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
o Lock page accesses by vm_page_io_start() with the page queues lock.
[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  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
37  * $FreeBSD$
38  */
39
40 /*
41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
42  * All rights reserved.
43  *
44  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
45  *
46  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
47  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
48  * notice and this permission notice appear in all copies of the
49  * software, derivative works or modified versions, and any portions
50  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
51  *
52  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
53  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
54  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
55  *
56  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
57  *
58  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
59  *  School of Computer Science
60  *  Carnegie Mellon University
61  *  Pittsburgh PA 15213-3890
62  *
63  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
64  * rights to redistribute these changes.
65  */
66
67 /*
68  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
69  *
70  *      - a pageq mutex is required when adding or removing a page from a
71  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
72  *        busy state of a page.
73  *
74  *      - a hash chain mutex is required when associating or disassociating
75  *        a page from the VM PAGE CACHE hash table (vm_page_buckets),
76  *        regardless of other mutexes or the busy state of a page.
77  *
78  *      - either a hash chain mutex OR a busied page is required in order
79  *        to modify the page flags.  A hash chain mutex must be obtained in
80  *        order to busy a page.  A page's flags cannot be modified by a
81  *        hash chain mutex if the page is marked busy.
82  *
83  *      - The object memq mutex is held when inserting or removing
84  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).  This
85  *        is different from the object's main mutex.
86  *
87  *      Generally speaking, you have to be aware of side effects when running
88  *      vm_page ops.  A vm_page_lookup() will return with the hash chain
89  *      locked, whether it was able to lookup the page or not.  vm_page_free(),
90  *      vm_page_cache(), vm_page_activate(), and a number of other routines
91  *      will release the hash chain mutex for you.  Intermediate manipulation
92  *      routines such as vm_page_flag_set() expect the hash chain to be held
93  *      on entry and the hash chain will remain held on return.
94  *
95  *      pageq scanning can only occur with the pageq in question locked.
96  *      We have a known bottleneck with the active queue, but the cache
97  *      and free queues are actually arrays already. 
98  */
99
100 /*
101  *      Resident memory management module.
102  */
103
104 #include <sys/param.h>
105 #include <sys/systm.h>
106 #include <sys/lock.h>
107 #include <sys/malloc.h>
108 #include <sys/mutex.h>
109 #include <sys/proc.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 /*
125  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
126  *      page structure.
127  */
128 static struct mtx vm_page_buckets_mtx;
129 static struct vm_page **vm_page_buckets; /* Array of buckets */
130 static int vm_page_bucket_count;        /* How big is array? */
131 static int vm_page_hash_mask;           /* Mask for hash function */
132
133 struct mtx vm_page_queue_mtx;
134 struct mtx vm_page_queue_free_mtx;
135
136 vm_page_t vm_page_array = 0;
137 int vm_page_array_size = 0;
138 long first_page = 0;
139 int vm_page_zero_count = 0;
140
141 /*
142  *      vm_set_page_size:
143  *
144  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
145  *      size.  Must be called before any use of page-size
146  *      dependent functions.
147  */
148 void
149 vm_set_page_size(void)
150 {
151         if (cnt.v_page_size == 0)
152                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
153         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
154                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
155 }
156
157 /*
158  *      vm_page_startup:
159  *
160  *      Initializes the resident memory module.
161  *
162  *      Allocates memory for the page cells, and
163  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
164  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
165  */
166 vm_offset_t
167 vm_page_startup(vm_offset_t starta, vm_offset_t enda, vm_offset_t vaddr)
168 {
169         vm_offset_t mapped;
170         struct vm_page **bucket;
171         vm_size_t npages, page_range;
172         vm_offset_t new_end;
173         int i;
174         vm_offset_t pa;
175         int nblocks;
176         vm_offset_t last_pa;
177
178         /* the biggest memory array is the second group of pages */
179         vm_offset_t end;
180         vm_offset_t biggestone, biggestsize;
181
182         vm_offset_t total;
183         vm_size_t bootpages;
184
185         total = 0;
186         biggestsize = 0;
187         biggestone = 0;
188         nblocks = 0;
189         vaddr = round_page(vaddr);
190
191         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
192                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
193                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
194         }
195
196         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
197                 vm_size_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
198
199                 if (size > biggestsize) {
200                         biggestone = i;
201                         biggestsize = size;
202                 }
203                 ++nblocks;
204                 total += size;
205         }
206
207         end = phys_avail[biggestone+1];
208
209         /*
210          * Initialize the locks.
211          */
212         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue mutex", NULL, MTX_DEF);
213         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page queue free mutex", NULL,
214            MTX_SPIN);
215
216         /*
217          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
218          * and the inactive queue.
219          */
220         vm_pageq_init();
221
222         /*
223          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory allocator
224          */
225         bootpages = UMA_BOOT_PAGES * UMA_SLAB_SIZE;
226         new_end = end - bootpages;
227         new_end = trunc_page(new_end);
228         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
229             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
230         bzero((caddr_t) mapped, end - new_end);
231         uma_startup((caddr_t)mapped);
232
233         end = new_end;
234
235         /*
236          * Allocate (and initialize) the hash table buckets.
237          *
238          * The number of buckets MUST BE a power of 2, and the actual value is
239          * the next power of 2 greater than the number of physical pages in
240          * the system.  
241          *
242          * We make the hash table approximately 2x the number of pages to
243          * reduce the chain length.  This is about the same size using the 
244          * singly-linked list as the 1x hash table we were using before 
245          * using TAILQ but the chain length will be smaller.
246          *
247          * Note: This computation can be tweaked if desired.
248          */
249         if (vm_page_bucket_count == 0) {
250                 vm_page_bucket_count = 1;
251                 while (vm_page_bucket_count < atop(total))
252                         vm_page_bucket_count <<= 1;
253         }
254         vm_page_bucket_count <<= 1;
255         vm_page_hash_mask = vm_page_bucket_count - 1;
256
257         /*
258          * Validate these addresses.
259          */
260         new_end = end - vm_page_bucket_count * sizeof(struct vm_page *);
261         new_end = trunc_page(new_end);
262         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
263             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
264         bzero((caddr_t) mapped, end - new_end);
265
266         mtx_init(&vm_page_buckets_mtx, "vm page buckets mutex", NULL, MTX_SPIN);
267         vm_page_buckets = (struct vm_page **)mapped;
268         bucket = vm_page_buckets;
269         for (i = 0; i < vm_page_bucket_count; i++) {
270                 *bucket = NULL;
271                 bucket++;
272         }
273
274         /*
275          * Compute the number of pages of memory that will be available for
276          * use (taking into account the overhead of a page structure per
277          * page).
278          */
279         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
280         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
281         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
282             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
283         end = new_end;
284
285         /*
286          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
287          * queue.
288          */
289         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
290         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
291             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
292         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
293
294         /*
295          * Clear all of the page structures
296          */
297         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
298         vm_page_array_size = page_range;
299
300         /*
301          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
302          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
303          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
304          * the exhaustion of low physical memory before isa_dmainit has run.
305          */
306         cnt.v_page_count = 0;
307         cnt.v_free_count = 0;
308         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
309                 pa = phys_avail[i];
310                 if (i == biggestone)
311                         last_pa = new_end;
312                 else
313                         last_pa = phys_avail[i + 1];
314                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
315                         vm_pageq_add_new_page(pa);
316                         pa += PAGE_SIZE;
317                 }
318         }
319         return (vaddr);
320 }
321
322 /*
323  *      vm_page_hash:
324  *
325  *      Distributes the object/offset key pair among hash buckets.
326  *
327  *      NOTE:  This macro depends on vm_page_bucket_count being a power of 2.
328  *      This routine may not block.
329  *
330  *      We try to randomize the hash based on the object to spread the pages
331  *      out in the hash table without it costing us too much.
332  */
333 static __inline int
334 vm_page_hash(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
335 {
336         int i = ((uintptr_t)object + pindex) ^ object->hash_rand;
337
338         return (i & vm_page_hash_mask);
339 }
340
341 void
342 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned short bits)
343 {
344         GIANT_REQUIRED;
345         m->flags |= bits;
346
347
348 void
349 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned short bits)
350 {
351         GIANT_REQUIRED;
352         m->flags &= ~bits;
353 }
354
355 void
356 vm_page_busy(vm_page_t m)
357 {
358         KASSERT((m->flags & PG_BUSY) == 0,
359             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
360         vm_page_flag_set(m, PG_BUSY);
361 }
362
363 /*
364  *      vm_page_flash:
365  *
366  *      wakeup anyone waiting for the page.
367  */
368 void
369 vm_page_flash(vm_page_t m)
370 {
371         if (m->flags & PG_WANTED) {
372                 vm_page_flag_clear(m, PG_WANTED);
373                 wakeup(m);
374         }
375 }
376
377 /*
378  *      vm_page_wakeup:
379  *
380  *      clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
381  *      page.
382  *
383  */
384 void
385 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
386 {
387         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
388         vm_page_flag_clear(m, PG_BUSY);
389         vm_page_flash(m);
390 }
391
392 /*
393  *
394  *
395  */
396 void
397 vm_page_io_start(vm_page_t m)
398 {
399
400         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
401         m->busy++;
402 }
403
404 void
405 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
406 {
407         GIANT_REQUIRED;
408         m->busy--;
409         if (m->busy == 0)
410                 vm_page_flash(m);
411 }
412
413 /*
414  * Keep page from being freed by the page daemon
415  * much of the same effect as wiring, except much lower
416  * overhead and should be used only for *very* temporary
417  * holding ("wiring").
418  */
419 void
420 vm_page_hold(vm_page_t mem)
421 {
422         GIANT_REQUIRED;
423         mem->hold_count++;
424 }
425
426 void
427 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
428 {
429         GIANT_REQUIRED;
430         --mem->hold_count;
431         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
432         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
433                 vm_page_free_toq(mem);
434 }
435
436 /*
437  *      vm_page_protect:
438  *
439  *      Reduce the protection of a page.  This routine never raises the
440  *      protection and therefore can be safely called if the page is already
441  *      at VM_PROT_NONE (it will be a NOP effectively ).
442  */
443 void
444 vm_page_protect(vm_page_t mem, int prot)
445 {
446         if (prot == VM_PROT_NONE) {
447                 if (mem->flags & (PG_WRITEABLE|PG_MAPPED)) {
448                         pmap_page_protect(mem, VM_PROT_NONE);
449                         vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE|PG_MAPPED);
450                 }
451         } else if ((prot == VM_PROT_READ) && (mem->flags & PG_WRITEABLE)) {
452                 pmap_page_protect(mem, VM_PROT_READ);
453                 vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE);
454         }
455 }
456 /*
457  *      vm_page_zero_fill:
458  *
459  *      Zero-fill the specified page.
460  *      Written as a standard pagein routine, to
461  *      be used by the zero-fill object.
462  */
463 boolean_t
464 vm_page_zero_fill(vm_page_t m)
465 {
466         pmap_zero_page(m);
467         return (TRUE);
468 }
469
470 /*
471  *      vm_page_zero_fill_area:
472  *
473  *      Like vm_page_zero_fill but only fill the specified area.
474  */
475 boolean_t
476 vm_page_zero_fill_area(vm_page_t m, int off, int size)
477 {
478         pmap_zero_page_area(m, off, size);
479         return (TRUE);
480 }
481
482 /*
483  *      vm_page_copy:
484  *
485  *      Copy one page to another
486  */
487 void
488 vm_page_copy(vm_page_t src_m, vm_page_t dest_m)
489 {
490         pmap_copy_page(src_m, dest_m);
491         dest_m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
492 }
493
494 /*
495  *      vm_page_free:
496  *
497  *      Free a page
498  *
499  *      The clearing of PG_ZERO is a temporary safety until the code can be
500  *      reviewed to determine that PG_ZERO is being properly cleared on
501  *      write faults or maps.  PG_ZERO was previously cleared in
502  *      vm_page_alloc().
503  */
504 void
505 vm_page_free(vm_page_t m)
506 {
507         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
508         vm_page_free_toq(m);
509         vm_page_zero_idle_wakeup();
510 }
511
512 /*
513  *      vm_page_free_zero:
514  *
515  *      Free a page to the zerod-pages queue
516  */
517 void
518 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
519 {
520         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
521         vm_page_free_toq(m);
522 }
523
524 /*
525  *      vm_page_sleep_busy:
526  *
527  *      Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
528  *      m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep ( including if
529  *      it almost had to sleep and made temporary spl*() mods), FALSE
530  *      otherwise.
531  *
532  *      This routine assumes that interrupts can only remove the busy
533  *      status from a page, not set the busy status or change it from
534  *      PG_BUSY to m->busy or vise versa (which would create a timing
535  *      window).
536  */
537 int
538 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
539 {
540         GIANT_REQUIRED;
541         if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy))  {
542                 int s = splvm();
543                 if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy)) {
544                         /*
545                          * Page is busy. Wait and retry.
546                          */
547                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
548                         tsleep(m, PVM, msg, 0);
549                 }
550                 splx(s);
551                 return (TRUE);
552                 /* not reached */
553         }
554         return (FALSE);
555 }
556
557 /*
558  *      vm_page_sleep_if_busy:
559  *
560  *      Sleep and release the page queues lock if PG_BUSY is set or,
561  *      if also_m_busy is TRUE, busy is non-zero.  Returns TRUE if the
562  *      thread slept and the page queues lock was released.
563  *      Otherwise, retains the page queues lock and returns FALSE.
564  */
565 int
566 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
567 {
568
569         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
570         if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy)) {
571                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
572                 msleep(m, &vm_page_queue_mtx, PDROP | PVM, msg, 0);
573                 return (TRUE);
574         }
575         return (FALSE);
576 }
577
578 /*
579  *      vm_page_dirty:
580  *
581  *      make page all dirty
582  */
583 void
584 vm_page_dirty(vm_page_t m)
585 {
586         KASSERT(m->queue - m->pc != PQ_CACHE,
587             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
588         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
589 }
590
591 /*
592  *      vm_page_undirty:
593  *
594  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits
595  */
596 void
597 vm_page_undirty(vm_page_t m)
598 {
599         m->dirty = 0;
600 }
601
602 /*
603  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
604  *
605  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
606  *
607  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
608  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
609  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
610  *      here so we *can't* do this anyway.
611  *
612  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
613  *      This routine may not block.
614  */
615 void
616 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
617 {
618         struct vm_page **bucket;
619
620         GIANT_REQUIRED;
621
622         if (m->object != NULL)
623                 panic("vm_page_insert: already inserted");
624
625         /*
626          * Record the object/offset pair in this page
627          */
628         m->object = object;
629         m->pindex = pindex;
630
631         /*
632          * Insert it into the object_object/offset hash table
633          */
634         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
635         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
636         m->hnext = *bucket;
637         *bucket = m;
638         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
639
640         /*
641          * Now link into the object's list of backed pages.
642          */
643         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
644         object->generation++;
645
646         /*
647          * show that the object has one more resident page.
648          */
649         object->resident_page_count++;
650
651         /*
652          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
653          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
654          */
655         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
656                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
657 }
658
659 /*
660  *      vm_page_remove:
661  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
662  *
663  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
664  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
665  *      the backing store.
666  *
667  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
668  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
669  *      This routine may not block.
670  */
671 void
672 vm_page_remove(vm_page_t m)
673 {
674         vm_object_t object;
675         vm_page_t *bucket;
676
677         GIANT_REQUIRED;
678
679         if (m->object == NULL)
680                 return;
681
682         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
683                 panic("vm_page_remove: page not busy");
684         }
685
686         /*
687          * Basically destroy the page.
688          */
689         vm_page_wakeup(m);
690
691         object = m->object;
692
693         /*
694          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
695          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
696          */
697         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
698         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
699         while (*bucket != m) {
700                 if (*bucket == NULL)
701                         panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
702                 bucket = &(*bucket)->hnext;
703         }
704         *bucket = m->hnext;
705         m->hnext = NULL;
706         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
707
708         /*
709          * Now remove from the object's list of backed pages.
710          */
711         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
712
713         /*
714          * And show that the object has one fewer resident page.
715          */
716         object->resident_page_count--;
717         object->generation++;
718
719         m->object = NULL;
720 }
721
722 /*
723  *      vm_page_lookup:
724  *
725  *      Returns the page associated with the object/offset
726  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
727  *
728  *      The object must be locked.  No side effects.
729  *      This routine may not block.
730  *      This is a critical path routine
731  */
732 vm_page_t
733 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
734 {
735         vm_page_t m;
736         struct vm_page **bucket;
737
738         /*
739          * Search the hash table for this object/offset pair
740          */
741         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
742         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
743         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext)
744                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
745                         break;
746         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
747         return (m);
748 }
749
750 /*
751  *      vm_page_rename:
752  *
753  *      Move the given memory entry from its
754  *      current object to the specified target object/offset.
755  *
756  *      The object must be locked.
757  *      This routine may not block.
758  *
759  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
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         int s;
777
778         s = splvm();
779         vm_page_lock_queues();
780         vm_page_remove(m);
781         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
782         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
783                 vm_page_deactivate(m);
784         vm_page_dirty(m);
785         vm_page_unlock_queues();
786         splx(s);
787 }
788
789 /*
790  *      vm_page_select_cache:
791  *
792  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
793  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
794  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
795  *
796  *      This routine must be called at splvm().
797  *      This routine may not block.
798  */
799 static vm_page_t
800 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
801 {
802         vm_page_t m;
803
804         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
805         while (TRUE) {
806                 m = vm_pageq_find(
807                     PQ_CACHE,
808                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
809                     FALSE
810                 );
811                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
812                                m->hold_count || m->wire_count)) {
813                         vm_page_deactivate(m);
814                         continue;
815                 }
816                 return m;
817         }
818 }
819
820 /*
821  *      vm_page_select_free:
822  *
823  *      Find a free or zero page, with specified preference. 
824  *
825  *      This routine must be called at splvm().
826  *      This routine may not block.
827  */
828 static __inline vm_page_t
829 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
830 {
831         vm_page_t m;
832
833         m = vm_pageq_find(
834                 PQ_FREE,
835                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
836                 prefer_zero
837         );
838         return (m);
839 }
840
841 /*
842  *      vm_page_alloc:
843  *
844  *      Allocate and return a memory cell associated
845  *      with this VM object/offset pair.
846  *
847  *      page_req classes:
848  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
849  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
850  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
851  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
852  *
853  *      This routine may not block.
854  *
855  *      Additional special handling is required when called from an
856  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
857  *      the page cache in this case.
858  */
859 vm_page_t
860 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
861 {
862         vm_page_t m = NULL;
863         int page_req, s;
864
865         GIANT_REQUIRED;
866
867         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
868                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
869
870         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
871
872         /*
873          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
874          */
875         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
876                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
877         };
878
879         s = splvm();
880 loop:
881         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
882         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved) {
883                 /*
884                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
885                  * in it.
886                  */
887                 m = vm_page_select_free(object, pindex,
888                                         (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
889         } else if (
890             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
891              cnt.v_cache_count == 0 && 
892              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
893             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)
894         ) {
895                 /*
896                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
897                  */
898                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
899         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
900                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
901                 /*
902                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
903                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
904                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
905                  */
906                 vm_page_lock_queues();
907                 if ((m = vm_page_select_cache(object, pindex)) == NULL) {
908                         vm_page_unlock_queues();
909                         splx(s);
910 #if defined(DIAGNOSTIC)
911                         if (cnt.v_cache_count > 0)
912                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
913 #endif
914                         vm_pageout_deficit++;
915                         pagedaemon_wakeup();
916                         return (NULL);
917                 }
918                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
919                 vm_page_busy(m);
920                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
921                 vm_page_free(m);
922                 vm_page_unlock_queues();
923                 goto loop;
924         } else {
925                 /*
926                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
927                  */
928                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
929                 splx(s);
930                 vm_pageout_deficit++;
931                 pagedaemon_wakeup();
932                 return (NULL);
933         }
934
935         /*
936          *  At this point we had better have found a good page.
937          */
938
939         KASSERT(
940             m != NULL,
941             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
942         );
943
944         /*
945          * Remove from free queue
946          */
947
948         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
949
950         /*
951          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
952          */
953         if (m->flags & PG_ZERO) {
954                 vm_page_zero_count--;
955                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
956         } else {
957                 m->flags = PG_BUSY;
958         }
959         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
960                 cnt.v_wire_count++;
961                 m->flags |= PG_MAPPED;  /* XXX this does not belong here */
962                 m->wire_count = 1;
963         } else
964                 m->wire_count = 0;
965         m->hold_count = 0;
966         m->act_count = 0;
967         m->busy = 0;
968         m->valid = 0;
969         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
970         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
971
972         /*
973          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
974          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
975          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
976          * anywhere.
977          */
978         vm_page_insert(m, object, pindex);
979
980         /*
981          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
982          * we would be nearly out of memory.
983          */
984         if (vm_paging_needed())
985                 pagedaemon_wakeup();
986
987         splx(s);
988         return (m);
989 }
990
991 /*
992  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
993  *
994  *      Block until free pages are available for allocation
995  *      - Called in various places before memory allocations.
996  */
997 void
998 vm_wait(void)
999 {
1000         int s;
1001
1002         s = splvm();
1003         if (curproc == pageproc) {
1004                 vm_pageout_pages_needed = 1;
1005                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "VMWait", 0);
1006         } else {
1007                 if (!vm_pages_needed) {
1008                         vm_pages_needed = 1;
1009                         wakeup(&vm_pages_needed);
1010                 }
1011                 tsleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
1012         }
1013         splx(s);
1014 }
1015
1016 /*
1017  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1018  *
1019  *      Block until free pages are available for allocation
1020  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1021  *        can be easily tracked.
1022  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1023  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1024  *        this balance without careful testing first.
1025  */
1026 void
1027 vm_waitpfault(void)
1028 {
1029         int s;
1030
1031         s = splvm();
1032         if (!vm_pages_needed) {
1033                 vm_pages_needed = 1;
1034                 wakeup(&vm_pages_needed);
1035         }
1036         tsleep(&cnt.v_free_count, PUSER, "pfault", 0);
1037         splx(s);
1038 }
1039
1040 /*
1041  *      vm_page_activate:
1042  *
1043  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1044  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1045  *      mess with it.
1046  *
1047  *      The page queues must be locked.
1048  *      This routine may not block.
1049  */
1050 void
1051 vm_page_activate(vm_page_t m)
1052 {
1053         int s;
1054
1055         GIANT_REQUIRED;
1056         s = splvm();
1057         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
1058                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1059                         cnt.v_reactivated++;
1060                 vm_pageq_remove(m);
1061                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1062                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1063                                 m->act_count = ACT_INIT;
1064                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1065                 }
1066         } else {
1067                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1068                         m->act_count = ACT_INIT;
1069         }
1070         splx(s);
1071 }
1072
1073 /*
1074  *      vm_page_free_wakeup:
1075  *
1076  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1077  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1078  *      queues.
1079  *
1080  *      This routine may not block.
1081  *      This routine must be called at splvm()
1082  */
1083 static __inline void
1084 vm_page_free_wakeup(void)
1085 {
1086         /*
1087          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1088          * some free.
1089          */
1090         if (vm_pageout_pages_needed &&
1091             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1092                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1093                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1094         }
1095         /*
1096          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1097          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1098          * lots of memory. this process will swapin processes.
1099          */
1100         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1101                 vm_pages_needed = 0;
1102                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1103         }
1104 }
1105
1106 /*
1107  *      vm_page_free_toq:
1108  *
1109  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1110  *      disassociating it with any VM object.
1111  *
1112  *      Object and page must be locked prior to entry.
1113  *      This routine may not block.
1114  */
1115
1116 void
1117 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1118 {
1119         int s;
1120         struct vpgqueues *pq;
1121         vm_object_t object = m->object;
1122
1123         GIANT_REQUIRED;
1124         s = splvm();
1125         cnt.v_tfree++;
1126
1127         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1128                 printf(
1129                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1130                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1131                     m->hold_count);
1132                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1133                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1134                 else
1135                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1136         }
1137
1138         /*
1139          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1140          * the page here because we do not want to call the pager's
1141          * callback routine until after we've put the page on the
1142          * appropriate free queue.
1143          */
1144         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1145         vm_page_remove(m);
1146
1147         /*
1148          * If fictitious remove object association and
1149          * return, otherwise delay object association removal.
1150          */
1151         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1152                 splx(s);
1153                 return;
1154         }
1155
1156         m->valid = 0;
1157         vm_page_undirty(m);
1158
1159         if (m->wire_count != 0) {
1160                 if (m->wire_count > 1) {
1161                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1162                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1163                 }
1164                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1165         }
1166
1167         /*
1168          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1169          * it up.
1170          */
1171         if (object && 
1172             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1173             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1174         ) {
1175                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1176
1177                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1178                         vfree(vp);
1179         }
1180
1181         /*
1182          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1183          */
1184         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1185                 m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1186         } else {
1187 #ifdef __alpha__
1188                 pmap_page_is_free(m);
1189 #endif
1190         }
1191
1192         if (m->hold_count != 0) {
1193                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1194                 m->queue = PQ_HOLD;
1195         } else
1196                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1197         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1198         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1199         pq->lcnt++;
1200         ++(*pq->cnt);
1201
1202         /*
1203          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1204          * first ) and non-zerod pages at the head.
1205          */
1206         if (m->flags & PG_ZERO) {
1207                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1208                 ++vm_page_zero_count;
1209         } else {
1210                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1211         }
1212         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1213         vm_page_free_wakeup();
1214         splx(s);
1215 }
1216
1217 /*
1218  *      vm_page_unmanage:
1219  *
1220  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1221  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1222  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1223  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1224  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1225  *      operate on the page.
1226  *
1227  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1228  *      will clear the flag.
1229  *
1230  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1231  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1232  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1233  *      mappings.
1234  */
1235 void
1236 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1237 {
1238         int s;
1239
1240         s = splvm();
1241         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1242         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1243                 if (m->wire_count == 0)
1244                         vm_pageq_remove(m);
1245         }
1246         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1247         splx(s);
1248 }
1249
1250 /*
1251  *      vm_page_wire:
1252  *
1253  *      Mark this page as wired down by yet
1254  *      another map, removing it from paging queues
1255  *      as necessary.
1256  *
1257  *      The page queues must be locked.
1258  *      This routine may not block.
1259  */
1260 void
1261 vm_page_wire(vm_page_t m)
1262 {
1263         int s;
1264
1265         /*
1266          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1267          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1268          * it is already off the queues).
1269          */
1270         s = splvm();
1271         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1272         if (m->wire_count == 0) {
1273                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1274                         vm_pageq_remove(m);
1275                 cnt.v_wire_count++;
1276         }
1277         m->wire_count++;
1278         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1279         splx(s);
1280         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED); /* XXX this does not belong here */
1281 }
1282
1283 /*
1284  *      vm_page_unwire:
1285  *
1286  *      Release one wiring of this page, potentially
1287  *      enabling it to be paged again.
1288  *
1289  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1290  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1291  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1292  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1293  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1294  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1295  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1296  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1297  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1298  *      reused more quickly.
1299  *
1300  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1301  *      put clean pages on the cache queue.
1302  *
1303  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1304  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1305  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1306  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1307  *
1308  *      The page queues must be locked.
1309  *      This routine may not block.
1310  */
1311 void
1312 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1313 {
1314         int s;
1315
1316         s = splvm();
1317         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1318         if (m->wire_count > 0) {
1319                 m->wire_count--;
1320                 if (m->wire_count == 0) {
1321                         cnt.v_wire_count--;
1322                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1323                                 ;
1324                         } else if (activate)
1325                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1326                         else {
1327                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1328                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1329                         }
1330                 }
1331         } else {
1332                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1333         }
1334         splx(s);
1335 }
1336
1337
1338 /*
1339  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1340  * any associated swap, the swap is deallocated.
1341  *
1342  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1343  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1344  * except without unmapping it from the process address space.
1345  *
1346  * This routine may not block.
1347  */
1348 static __inline void
1349 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1350 {
1351         int s;
1352
1353         GIANT_REQUIRED;
1354         /*
1355          * Ignore if already inactive.
1356          */
1357         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1358                 return;
1359
1360         s = splvm();
1361         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1362                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1363                         cnt.v_reactivated++;
1364                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1365                 vm_pageq_remove(m);
1366                 if (athead)
1367                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1368                 else
1369                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1370                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1371                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1372                 cnt.v_inactive_count++;
1373         }
1374         splx(s);
1375 }
1376
1377 void
1378 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1379 {
1380     _vm_page_deactivate(m, 0);
1381 }
1382
1383 /*
1384  * vm_page_try_to_cache:
1385  *
1386  * Returns 0 on failure, 1 on success
1387  */
1388 int
1389 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1390 {
1391
1392         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1393         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1394             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1395                 return (0);
1396         }
1397         vm_page_test_dirty(m);
1398         if (m->dirty)
1399                 return (0);
1400         vm_page_cache(m);
1401         return (1);
1402 }
1403
1404 /*
1405  * vm_page_try_to_free()
1406  *
1407  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1408  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1409  */
1410 int
1411 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1412 {
1413
1414         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1415         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1416             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1417                 return (0);
1418         }
1419         vm_page_test_dirty(m);
1420         if (m->dirty)
1421                 return (0);
1422         vm_page_busy(m);
1423         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1424         vm_page_free(m);
1425         return (1);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * vm_page_cache
1430  *
1431  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1432  *
1433  * This routine may not block.
1434  */
1435 void
1436 vm_page_cache(vm_page_t m)
1437 {
1438         int s;
1439
1440         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1441         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1442                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1443                 return;
1444         }
1445         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1446                 return;
1447
1448         /*
1449          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1450          * writeable or mapped.
1451          */
1452         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1453         if (m->dirty != 0) {
1454                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1455                         (long)m->pindex);
1456         }
1457         s = splvm();
1458         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1459         vm_pageq_enqueue(PQ_CACHE + m->pc, m);
1460         vm_page_free_wakeup();
1461         splx(s);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * vm_page_dontneed
1466  *
1467  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1468  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1469  *
1470  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1471  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1472  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1473  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1474  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1475  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1476  *
1477  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1478  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1479  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1480  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1481  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1482  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1483  *      often.
1484  */
1485 void
1486 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1487 {
1488         static int dnweight;
1489         int dnw;
1490         int head;
1491
1492         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1493         dnw = ++dnweight;
1494
1495         /*
1496          * occassionally leave the page alone
1497          */
1498         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1499             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1500             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1501         ) {
1502                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1503                         --m->act_count;
1504                 return;
1505         }
1506
1507         if (m->dirty == 0)
1508                 vm_page_test_dirty(m);
1509
1510         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1511                 /*
1512                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1513                  */
1514                 head = 0;
1515         } else {
1516                 /*
1517                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1518                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1519                  * at the head of the queue instead of the tail.
1520                  */
1521                 head = 1;
1522         }
1523         _vm_page_deactivate(m, head);
1524 }
1525
1526 /*
1527  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1528  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1529  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1530  *
1531  * This routine may block.
1532  */
1533 vm_page_t
1534 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1535 {
1536         vm_page_t m;
1537         int s, generation;
1538
1539         GIANT_REQUIRED;
1540 retrylookup:
1541         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1542                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1543                         generation = object->generation;
1544
1545                         s = splvm();
1546                         while ((object->generation == generation) &&
1547                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1548                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1549                                 tsleep(m, PVM, "pgrbwt", 0);
1550                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1551                                         splx(s);
1552                                         return NULL;
1553                                 }
1554                         }
1555                         splx(s);
1556                         goto retrylookup;
1557                 } else {
1558                         vm_page_lock_queues();
1559                         if (allocflags & VM_ALLOC_WIRED)
1560                                 vm_page_wire(m);
1561                         vm_page_busy(m);
1562                         vm_page_unlock_queues();
1563                         return m;
1564                 }
1565         }
1566
1567         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1568         if (m == NULL) {
1569                 VM_WAIT;
1570                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1571                         return NULL;
1572                 goto retrylookup;
1573         }
1574
1575         return m;
1576 }
1577
1578 /*
1579  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1580  * a page.  May not block.
1581  *
1582  * Inputs are required to range within a page.
1583  */
1584 __inline int
1585 vm_page_bits(int base, int size)
1586 {
1587         int first_bit;
1588         int last_bit;
1589
1590         KASSERT(
1591             base + size <= PAGE_SIZE,
1592             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1593         );
1594
1595         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1596                 return (0);
1597
1598         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1599         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1600
1601         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1602 }
1603
1604 /*
1605  *      vm_page_set_validclean:
1606  *
1607  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1608  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1609  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1610  *      such chunks will be zero'd.
1611  *
1612  *      This routine may not block.
1613  *
1614  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1615  */
1616 void
1617 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1618 {
1619         int pagebits;
1620         int frag;
1621         int endoff;
1622
1623         GIANT_REQUIRED;
1624         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1625                 return;
1626
1627         /*
1628          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1629          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1630          * first block.
1631          */
1632         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1633             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1634                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1635
1636         /*
1637          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1638          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1639          * the last block.
1640          */
1641         endoff = base + size;
1642         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1643             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1644                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1645                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1646
1647         /*
1648          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1649          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1650          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1651          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1652          * be set again.
1653          *
1654          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1655          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1656          * the range.
1657          */
1658         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1659         m->valid |= pagebits;
1660 #if 0   /* NOT YET */
1661         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1662                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1663                 base += frag;
1664                 size -= frag;
1665                 if (size < 0)
1666                         size = 0;
1667         }
1668         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1669 #endif
1670         m->dirty &= ~pagebits;
1671         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1672                 pmap_clear_modify(m);
1673                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1674         }
1675 }
1676
1677 #if 0
1678
1679 void
1680 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1681 {
1682         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1683 }
1684
1685 #endif
1686
1687 void
1688 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1689 {
1690         GIANT_REQUIRED;
1691         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1692 }
1693
1694 /*
1695  *      vm_page_set_invalid:
1696  *
1697  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1698  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1699  *
1700  *      May not block.
1701  */
1702 void
1703 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1704 {
1705         int bits;
1706
1707         GIANT_REQUIRED;
1708         bits = vm_page_bits(base, size);
1709         m->valid &= ~bits;
1710         m->dirty &= ~bits;
1711         m->object->generation++;
1712 }
1713
1714 /*
1715  * vm_page_zero_invalid()
1716  *
1717  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1718  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1719  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1720  *      page so user code sees what it expects.
1721  *
1722  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1723  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1724  */
1725 void
1726 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1727 {
1728         int b;
1729         int i;
1730
1731         /*
1732          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1733          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1734          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1735          * vm_page_set_validclean().
1736          */
1737         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1738                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1739                     (m->valid & (1 << i))
1740                 ) {
1741                         if (i > b) {
1742                                 pmap_zero_page_area(m, 
1743                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1744                         }
1745                         b = i + 1;
1746                 }
1747         }
1748
1749         /*
1750          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1751          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1752          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1753          */
1754         if (setvalid)
1755                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1756 }
1757
1758 /*
1759  *      vm_page_is_valid:
1760  *
1761  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1762  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1763  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1764  *
1765  *      May not block.
1766  */
1767 int
1768 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1769 {
1770         int bits = vm_page_bits(base, size);
1771
1772         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1773                 return 1;
1774         else
1775                 return 0;
1776 }
1777
1778 /*
1779  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1780  */
1781 void
1782 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1783 {
1784         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1785                 vm_page_dirty(m);
1786         }
1787 }
1788
1789 int so_zerocp_fullpage = 0;
1790
1791 void
1792 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1793 {
1794         vm_page_t mnew;
1795         vm_object_t object;
1796         vm_pindex_t pindex;
1797
1798         object = m->object;
1799         pindex = m->pindex;
1800         vm_page_busy(m);
1801
1802  retry_alloc:
1803         vm_page_remove(m);
1804         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
1805         if (mnew == NULL) {
1806                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1807                 VM_WAIT;
1808                 goto retry_alloc;
1809         }
1810
1811         if (m->cow == 0) {
1812                 /* 
1813                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1814                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1815                  * the way they were 
1816                  */
1817                 vm_page_busy(mnew);
1818                 vm_page_free(mnew);
1819                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1820         } else { /* clear COW & copy page */
1821                 if (so_zerocp_fullpage) {
1822                         mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1823                 } else {
1824                         vm_page_copy(m, mnew);
1825                 }
1826                 vm_page_dirty(mnew);
1827                 vm_page_flag_clear(mnew, PG_BUSY);
1828         }
1829 }
1830
1831 void 
1832 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1833 {
1834
1835         /* XXX KDM find out if giant is required here. */
1836         GIANT_REQUIRED;
1837         if (m->cow) {
1838                 atomic_subtract_int(&m->cow, 1);
1839                 /* 
1840                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1841                  */
1842         } 
1843         /*
1844          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1845          */ 
1846 }
1847
1848 void
1849 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
1850 {
1851         /* XXX KDM find out if giant is required here */
1852         GIANT_REQUIRED;
1853         atomic_add_int(&m->cow, 1);
1854         vm_page_protect(m, VM_PROT_READ);
1855 }
1856
1857 #include "opt_ddb.h"
1858 #ifdef DDB
1859 #include <sys/kernel.h>
1860
1861 #include <ddb/ddb.h>
1862
1863 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1864 {
1865         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
1866         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
1867         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
1868         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
1869         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
1870         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
1871         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
1872         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
1873         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
1874         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
1875 }
1876
1877 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1878 {
1879         int i;
1880         db_printf("PQ_FREE:");
1881         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1882                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1883         }
1884         db_printf("\n");
1885                 
1886         db_printf("PQ_CACHE:");
1887         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1888                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1889         }
1890         db_printf("\n");
1891
1892         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1893                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1894                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1895 }
1896 #endif /* DDB */