]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
o Complete the locking of page queue accesses by vm_page_unwire().
[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         GIANT_REQUIRED;
400         m->busy++;
401 }
402
403 void
404 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
405 {
406         GIANT_REQUIRED;
407         m->busy--;
408         if (m->busy == 0)
409                 vm_page_flash(m);
410 }
411
412 /*
413  * Keep page from being freed by the page daemon
414  * much of the same effect as wiring, except much lower
415  * overhead and should be used only for *very* temporary
416  * holding ("wiring").
417  */
418 void
419 vm_page_hold(vm_page_t mem)
420 {
421         GIANT_REQUIRED;
422         mem->hold_count++;
423 }
424
425 void
426 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
427 {
428         GIANT_REQUIRED;
429         --mem->hold_count;
430         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
431         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
432                 vm_page_free_toq(mem);
433 }
434
435 /*
436  *      vm_page_protect:
437  *
438  *      Reduce the protection of a page.  This routine never raises the
439  *      protection and therefore can be safely called if the page is already
440  *      at VM_PROT_NONE (it will be a NOP effectively ).
441  */
442 void
443 vm_page_protect(vm_page_t mem, int prot)
444 {
445         if (prot == VM_PROT_NONE) {
446                 if (mem->flags & (PG_WRITEABLE|PG_MAPPED)) {
447                         pmap_page_protect(mem, VM_PROT_NONE);
448                         vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE|PG_MAPPED);
449                 }
450         } else if ((prot == VM_PROT_READ) && (mem->flags & PG_WRITEABLE)) {
451                 pmap_page_protect(mem, VM_PROT_READ);
452                 vm_page_flag_clear(mem, PG_WRITEABLE);
453         }
454 }
455 /*
456  *      vm_page_zero_fill:
457  *
458  *      Zero-fill the specified page.
459  *      Written as a standard pagein routine, to
460  *      be used by the zero-fill object.
461  */
462 boolean_t
463 vm_page_zero_fill(vm_page_t m)
464 {
465         pmap_zero_page(m);
466         return (TRUE);
467 }
468
469 /*
470  *      vm_page_zero_fill_area:
471  *
472  *      Like vm_page_zero_fill but only fill the specified area.
473  */
474 boolean_t
475 vm_page_zero_fill_area(vm_page_t m, int off, int size)
476 {
477         pmap_zero_page_area(m, off, size);
478         return (TRUE);
479 }
480
481 /*
482  *      vm_page_copy:
483  *
484  *      Copy one page to another
485  */
486 void
487 vm_page_copy(vm_page_t src_m, vm_page_t dest_m)
488 {
489         pmap_copy_page(src_m, dest_m);
490         dest_m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
491 }
492
493 /*
494  *      vm_page_free:
495  *
496  *      Free a page
497  *
498  *      The clearing of PG_ZERO is a temporary safety until the code can be
499  *      reviewed to determine that PG_ZERO is being properly cleared on
500  *      write faults or maps.  PG_ZERO was previously cleared in
501  *      vm_page_alloc().
502  */
503 void
504 vm_page_free(vm_page_t m)
505 {
506         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
507         vm_page_free_toq(m);
508         vm_page_zero_idle_wakeup();
509 }
510
511 /*
512  *      vm_page_free_zero:
513  *
514  *      Free a page to the zerod-pages queue
515  */
516 void
517 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
518 {
519         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
520         vm_page_free_toq(m);
521 }
522
523 /*
524  *      vm_page_sleep_busy:
525  *
526  *      Wait until page is no longer PG_BUSY or (if also_m_busy is TRUE)
527  *      m->busy is zero.  Returns TRUE if it had to sleep ( including if
528  *      it almost had to sleep and made temporary spl*() mods), FALSE
529  *      otherwise.
530  *
531  *      This routine assumes that interrupts can only remove the busy
532  *      status from a page, not set the busy status or change it from
533  *      PG_BUSY to m->busy or vise versa (which would create a timing
534  *      window).
535  */
536 int
537 vm_page_sleep_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
538 {
539         GIANT_REQUIRED;
540         if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy))  {
541                 int s = splvm();
542                 if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy)) {
543                         /*
544                          * Page is busy. Wait and retry.
545                          */
546                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
547                         tsleep(m, PVM, msg, 0);
548                 }
549                 splx(s);
550                 return (TRUE);
551                 /* not reached */
552         }
553         return (FALSE);
554 }
555 /*
556  *      vm_page_dirty:
557  *
558  *      make page all dirty
559  */
560 void
561 vm_page_dirty(vm_page_t m)
562 {
563         KASSERT(m->queue - m->pc != PQ_CACHE,
564             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
565         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
566 }
567
568 /*
569  *      vm_page_undirty:
570  *
571  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits
572  */
573 void
574 vm_page_undirty(vm_page_t m)
575 {
576         m->dirty = 0;
577 }
578
579 /*
580  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
581  *
582  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
583  *
584  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
585  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
586  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
587  *      here so we *can't* do this anyway.
588  *
589  *      The object and page must be locked, and must be splhigh.
590  *      This routine may not block.
591  */
592 void
593 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
594 {
595         struct vm_page **bucket;
596
597         GIANT_REQUIRED;
598
599         if (m->object != NULL)
600                 panic("vm_page_insert: already inserted");
601
602         /*
603          * Record the object/offset pair in this page
604          */
605         m->object = object;
606         m->pindex = pindex;
607
608         /*
609          * Insert it into the object_object/offset hash table
610          */
611         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
612         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
613         m->hnext = *bucket;
614         *bucket = m;
615         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
616
617         /*
618          * Now link into the object's list of backed pages.
619          */
620         TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
621         object->generation++;
622
623         /*
624          * show that the object has one more resident page.
625          */
626         object->resident_page_count++;
627
628         /*
629          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
630          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
631          */
632         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
633                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
634 }
635
636 /*
637  *      vm_page_remove:
638  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
639  *
640  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
641  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
642  *      the backing store.
643  *
644  *      The object and page must be locked, and at splhigh.
645  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
646  *      This routine may not block.
647  */
648 void
649 vm_page_remove(vm_page_t m)
650 {
651         vm_object_t object;
652         vm_page_t *bucket;
653
654         GIANT_REQUIRED;
655
656         if (m->object == NULL)
657                 return;
658
659         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
660                 panic("vm_page_remove: page not busy");
661         }
662
663         /*
664          * Basically destroy the page.
665          */
666         vm_page_wakeup(m);
667
668         object = m->object;
669
670         /*
671          * Remove from the object_object/offset hash table.  The object
672          * must be on the hash queue, we will panic if it isn't
673          */
674         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(m->object, m->pindex)];
675         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
676         while (*bucket != m) {
677                 if (*bucket == NULL)
678                         panic("vm_page_remove(): page not found in hash");
679                 bucket = &(*bucket)->hnext;
680         }
681         *bucket = m->hnext;
682         m->hnext = NULL;
683         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
684
685         /*
686          * Now remove from the object's list of backed pages.
687          */
688         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
689
690         /*
691          * And show that the object has one fewer resident page.
692          */
693         object->resident_page_count--;
694         object->generation++;
695
696         m->object = NULL;
697 }
698
699 /*
700  *      vm_page_lookup:
701  *
702  *      Returns the page associated with the object/offset
703  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
704  *
705  *      The object must be locked.  No side effects.
706  *      This routine may not block.
707  *      This is a critical path routine
708  */
709 vm_page_t
710 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
711 {
712         vm_page_t m;
713         struct vm_page **bucket;
714
715         /*
716          * Search the hash table for this object/offset pair
717          */
718         bucket = &vm_page_buckets[vm_page_hash(object, pindex)];
719         mtx_lock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
720         for (m = *bucket; m != NULL; m = m->hnext)
721                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
722                         break;
723         mtx_unlock_spin(&vm_page_buckets_mtx);
724         return (m);
725 }
726
727 /*
728  *      vm_page_rename:
729  *
730  *      Move the given memory entry from its
731  *      current object to the specified target object/offset.
732  *
733  *      The object must be locked.
734  *      This routine may not block.
735  *
736  *      Note: this routine will raise itself to splvm(), the caller need not. 
737  *
738  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
739  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
740  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
741  *            moving the page from object A to B, and will then later move
742  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
743  *
744  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
745  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
746  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
747  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
748  *            on the cache.
749  */
750 void
751 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
752 {
753         int s;
754
755         s = splvm();
756         vm_page_lock_queues();
757         vm_page_remove(m);
758         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
759         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
760                 vm_page_deactivate(m);
761         vm_page_dirty(m);
762         vm_page_unlock_queues();
763         splx(s);
764 }
765
766 /*
767  *      vm_page_select_cache:
768  *
769  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
770  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
771  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
772  *
773  *      This routine must be called at splvm().
774  *      This routine may not block.
775  */
776 static vm_page_t
777 vm_page_select_cache(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
778 {
779         vm_page_t m;
780
781         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
782         while (TRUE) {
783                 m = vm_pageq_find(
784                     PQ_CACHE,
785                     (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
786                     FALSE
787                 );
788                 if (m && ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
789                                m->hold_count || m->wire_count)) {
790                         vm_page_deactivate(m);
791                         continue;
792                 }
793                 return m;
794         }
795 }
796
797 /*
798  *      vm_page_select_free:
799  *
800  *      Find a free or zero page, with specified preference. 
801  *
802  *      This routine must be called at splvm().
803  *      This routine may not block.
804  */
805 static __inline vm_page_t
806 vm_page_select_free(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, boolean_t prefer_zero)
807 {
808         vm_page_t m;
809
810         m = vm_pageq_find(
811                 PQ_FREE,
812                 (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK,
813                 prefer_zero
814         );
815         return (m);
816 }
817
818 /*
819  *      vm_page_alloc:
820  *
821  *      Allocate and return a memory cell associated
822  *      with this VM object/offset pair.
823  *
824  *      page_req classes:
825  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
826  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
827  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
828  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
829  *
830  *      This routine may not block.
831  *
832  *      Additional special handling is required when called from an
833  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
834  *      the page cache in this case.
835  */
836 vm_page_t
837 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int page_req)
838 {
839         vm_page_t m = NULL;
840         boolean_t prefer_zero;
841         int s;
842
843         GIANT_REQUIRED;
844
845         KASSERT(!vm_page_lookup(object, pindex),
846                 ("vm_page_alloc: page already allocated"));
847
848         prefer_zero = (page_req & VM_ALLOC_ZERO) != 0 ? TRUE : FALSE;
849         page_req &= ~VM_ALLOC_ZERO;
850
851         /*
852          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
853          */
854         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
855                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
856         };
857
858         s = splvm();
859 loop:
860         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
861         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved) {
862                 /*
863                  * Allocate from the free queue if there are plenty of pages
864                  * in it.
865                  */
866                 m = vm_page_select_free(object, pindex, prefer_zero);
867         } else if (
868             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
869              cnt.v_cache_count == 0 && 
870              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
871             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)
872         ) {
873                 /*
874                  * Interrupt or system, dig deeper into the free list.
875                  */
876                 m = vm_page_select_free(object, pindex, FALSE);
877         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
878                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
879                 /*
880                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
881                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
882                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
883                  */
884                 vm_page_lock_queues();
885                 if ((m = vm_page_select_cache(object, pindex)) == NULL) {
886                         vm_page_unlock_queues();
887                         splx(s);
888 #if defined(DIAGNOSTIC)
889                         if (cnt.v_cache_count > 0)
890                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
891 #endif
892                         vm_pageout_deficit++;
893                         pagedaemon_wakeup();
894                         return (NULL);
895                 }
896                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
897                 vm_page_busy(m);
898                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
899                 vm_page_free(m);
900                 vm_page_unlock_queues();
901                 goto loop;
902         } else {
903                 /*
904                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
905                  */
906                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
907                 splx(s);
908                 vm_pageout_deficit++;
909                 pagedaemon_wakeup();
910                 return (NULL);
911         }
912
913         /*
914          *  At this point we had better have found a good page.
915          */
916
917         KASSERT(
918             m != NULL,
919             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue\n")
920         );
921
922         /*
923          * Remove from free queue
924          */
925
926         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
927
928         /*
929          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
930          */
931         if (m->flags & PG_ZERO) {
932                 vm_page_zero_count--;
933                 m->flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
934         } else {
935                 m->flags = PG_BUSY;
936         }
937         m->wire_count = 0;
938         m->hold_count = 0;
939         m->act_count = 0;
940         m->busy = 0;
941         m->valid = 0;
942         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
943         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
944
945         /*
946          * vm_page_insert() is safe prior to the splx().  Note also that
947          * inserting a page here does not insert it into the pmap (which
948          * could cause us to block allocating memory).  We cannot block 
949          * anywhere.
950          */
951         vm_page_insert(m, object, pindex);
952
953         /*
954          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
955          * we would be nearly out of memory.
956          */
957         if (vm_paging_needed())
958                 pagedaemon_wakeup();
959
960         splx(s);
961         return (m);
962 }
963
964 /*
965  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
966  *
967  *      Block until free pages are available for allocation
968  *      - Called in various places before memory allocations.
969  */
970 void
971 vm_wait(void)
972 {
973         int s;
974
975         s = splvm();
976         if (curproc == pageproc) {
977                 vm_pageout_pages_needed = 1;
978                 tsleep(&vm_pageout_pages_needed, PSWP, "VMWait", 0);
979         } else {
980                 if (!vm_pages_needed) {
981                         vm_pages_needed = 1;
982                         wakeup(&vm_pages_needed);
983                 }
984                 tsleep(&cnt.v_free_count, PVM, "vmwait", 0);
985         }
986         splx(s);
987 }
988
989 /*
990  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
991  *
992  *      Block until free pages are available for allocation
993  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
994  *        can be easily tracked.
995  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
996  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
997  *        this balance without careful testing first.
998  */
999 void
1000 vm_waitpfault(void)
1001 {
1002         int s;
1003
1004         s = splvm();
1005         if (!vm_pages_needed) {
1006                 vm_pages_needed = 1;
1007                 wakeup(&vm_pages_needed);
1008         }
1009         tsleep(&cnt.v_free_count, PUSER, "pfault", 0);
1010         splx(s);
1011 }
1012
1013 /*
1014  *      vm_page_activate:
1015  *
1016  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1017  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1018  *      mess with it.
1019  *
1020  *      The page queues must be locked.
1021  *      This routine may not block.
1022  */
1023 void
1024 vm_page_activate(vm_page_t m)
1025 {
1026         int s;
1027
1028         GIANT_REQUIRED;
1029         s = splvm();
1030         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
1031                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1032                         cnt.v_reactivated++;
1033                 vm_pageq_remove(m);
1034                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1035                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1036                                 m->act_count = ACT_INIT;
1037                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1038                 }
1039         } else {
1040                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1041                         m->act_count = ACT_INIT;
1042         }
1043         splx(s);
1044 }
1045
1046 /*
1047  *      vm_page_free_wakeup:
1048  *
1049  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1050  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1051  *      queues.
1052  *
1053  *      This routine may not block.
1054  *      This routine must be called at splvm()
1055  */
1056 static __inline void
1057 vm_page_free_wakeup(void)
1058 {
1059         /*
1060          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1061          * some free.
1062          */
1063         if (vm_pageout_pages_needed &&
1064             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1065                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1066                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1067         }
1068         /*
1069          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1070          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1071          * lots of memory. this process will swapin processes.
1072          */
1073         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1074                 vm_pages_needed = 0;
1075                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1076         }
1077 }
1078
1079 /*
1080  *      vm_page_free_toq:
1081  *
1082  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1083  *      disassociating it with any VM object.
1084  *
1085  *      Object and page must be locked prior to entry.
1086  *      This routine may not block.
1087  */
1088
1089 void
1090 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1091 {
1092         int s;
1093         struct vpgqueues *pq;
1094         vm_object_t object = m->object;
1095
1096         GIANT_REQUIRED;
1097         s = splvm();
1098         cnt.v_tfree++;
1099
1100         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1101                 printf(
1102                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1103                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1104                     m->hold_count);
1105                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1106                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1107                 else
1108                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1109         }
1110
1111         /*
1112          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1113          * the page here because we do not want to call the pager's
1114          * callback routine until after we've put the page on the
1115          * appropriate free queue.
1116          */
1117         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1118         vm_page_remove(m);
1119
1120         /*
1121          * If fictitious remove object association and
1122          * return, otherwise delay object association removal.
1123          */
1124         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1125                 splx(s);
1126                 return;
1127         }
1128
1129         m->valid = 0;
1130         vm_page_undirty(m);
1131
1132         if (m->wire_count != 0) {
1133                 if (m->wire_count > 1) {
1134                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1135                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1136                 }
1137                 panic("vm_page_free: freeing wired page\n");
1138         }
1139
1140         /*
1141          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1142          * it up.
1143          */
1144         if (object && 
1145             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1146             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1147         ) {
1148                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1149
1150                 if (vp && VSHOULDFREE(vp))
1151                         vfree(vp);
1152         }
1153
1154         /*
1155          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1156          */
1157         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1158                 m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1159         } else {
1160 #ifdef __alpha__
1161                 pmap_page_is_free(m);
1162 #endif
1163         }
1164
1165         if (m->hold_count != 0) {
1166                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1167                 m->queue = PQ_HOLD;
1168         } else
1169                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1170         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1171         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1172         pq->lcnt++;
1173         ++(*pq->cnt);
1174
1175         /*
1176          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1177          * first ) and non-zerod pages at the head.
1178          */
1179         if (m->flags & PG_ZERO) {
1180                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1181                 ++vm_page_zero_count;
1182         } else {
1183                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1184         }
1185         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1186         vm_page_free_wakeup();
1187         splx(s);
1188 }
1189
1190 /*
1191  *      vm_page_unmanage:
1192  *
1193  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1194  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1195  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1196  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1197  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1198  *      operate on the page.
1199  *
1200  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1201  *      will clear the flag.
1202  *
1203  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1204  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1205  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1206  *      mappings.
1207  */
1208 void
1209 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1210 {
1211         int s;
1212
1213         s = splvm();
1214         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1215                 if (m->wire_count == 0)
1216                         vm_pageq_remove(m);
1217         }
1218         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1219         splx(s);
1220 }
1221
1222 /*
1223  *      vm_page_wire:
1224  *
1225  *      Mark this page as wired down by yet
1226  *      another map, removing it from paging queues
1227  *      as necessary.
1228  *
1229  *      The page queues must be locked.
1230  *      This routine may not block.
1231  */
1232 void
1233 vm_page_wire(vm_page_t m)
1234 {
1235         int s;
1236
1237         /*
1238          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1239          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1240          * it is already off the queues).
1241          */
1242         s = splvm();
1243         if (m->wire_count == 0) {
1244                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1245                         vm_pageq_remove(m);
1246                 cnt.v_wire_count++;
1247         }
1248         m->wire_count++;
1249         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1250         splx(s);
1251         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1252 }
1253
1254 /*
1255  *      vm_page_unwire:
1256  *
1257  *      Release one wiring of this page, potentially
1258  *      enabling it to be paged again.
1259  *
1260  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1261  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1262  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1263  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1264  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1265  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1266  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1267  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1268  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1269  *      reused more quickly.
1270  *
1271  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1272  *      put clean pages on the cache queue.
1273  *
1274  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1275  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1276  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1277  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1278  *
1279  *      The page queues must be locked.
1280  *      This routine may not block.
1281  */
1282 void
1283 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1284 {
1285         int s;
1286
1287         s = splvm();
1288         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1289         if (m->wire_count > 0) {
1290                 m->wire_count--;
1291                 if (m->wire_count == 0) {
1292                         cnt.v_wire_count--;
1293                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1294                                 ;
1295                         } else if (activate)
1296                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1297                         else {
1298                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1299                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1300                         }
1301                 }
1302         } else {
1303                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d\n", m->wire_count);
1304         }
1305         splx(s);
1306 }
1307
1308
1309 /*
1310  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1311  * any associated swap, the swap is deallocated.
1312  *
1313  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1314  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1315  * except without unmapping it from the process address space.
1316  *
1317  * This routine may not block.
1318  */
1319 static __inline void
1320 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1321 {
1322         int s;
1323
1324         GIANT_REQUIRED;
1325         /*
1326          * Ignore if already inactive.
1327          */
1328         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1329                 return;
1330
1331         s = splvm();
1332         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1333                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1334                         cnt.v_reactivated++;
1335                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1336                 vm_pageq_remove(m);
1337                 if (athead)
1338                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1339                 else
1340                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1341                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1342                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1343                 cnt.v_inactive_count++;
1344         }
1345         splx(s);
1346 }
1347
1348 void
1349 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1350 {
1351     _vm_page_deactivate(m, 0);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * vm_page_try_to_cache:
1356  *
1357  * Returns 0 on failure, 1 on success
1358  */
1359 int
1360 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1361 {
1362         GIANT_REQUIRED;
1363
1364         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1365             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1366                 return (0);
1367         }
1368         vm_page_test_dirty(m);
1369         if (m->dirty)
1370                 return (0);
1371         vm_page_cache(m);
1372         return (1);
1373 }
1374
1375 /*
1376  * vm_page_try_to_free()
1377  *
1378  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1379  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1380  */
1381 int
1382 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1383 {
1384         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1385             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1386                 return (0);
1387         }
1388         vm_page_test_dirty(m);
1389         if (m->dirty)
1390                 return (0);
1391         vm_page_busy(m);
1392         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1393         vm_page_free(m);
1394         return (1);
1395 }
1396
1397 /*
1398  * vm_page_cache
1399  *
1400  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1401  *
1402  * This routine may not block.
1403  */
1404 void
1405 vm_page_cache(vm_page_t m)
1406 {
1407         int s;
1408
1409         GIANT_REQUIRED;
1410         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy || m->wire_count) {
1411                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1412                 return;
1413         }
1414         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1415                 return;
1416
1417         /*
1418          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1419          * writeable or mapped.
1420          */
1421         vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
1422         if (m->dirty != 0) {
1423                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1424                         (long)m->pindex);
1425         }
1426         s = splvm();
1427         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1428         vm_pageq_enqueue(PQ_CACHE + m->pc, m);
1429         vm_page_free_wakeup();
1430         splx(s);
1431 }
1432
1433 /*
1434  * vm_page_dontneed
1435  *
1436  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1437  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1438  *
1439  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1440  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1441  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1442  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1443  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1444  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1445  *
1446  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1447  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1448  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1449  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1450  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1451  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1452  *      often.
1453  */
1454 void
1455 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1456 {
1457         static int dnweight;
1458         int dnw;
1459         int head;
1460
1461         GIANT_REQUIRED;
1462         dnw = ++dnweight;
1463
1464         /*
1465          * occassionally leave the page alone
1466          */
1467         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1468             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1469             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1470         ) {
1471                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1472                         --m->act_count;
1473                 return;
1474         }
1475
1476         if (m->dirty == 0)
1477                 vm_page_test_dirty(m);
1478
1479         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1480                 /*
1481                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1482                  */
1483                 head = 0;
1484         } else {
1485                 /*
1486                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1487                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1488                  * at the head of the queue instead of the tail.
1489                  */
1490                 head = 1;
1491         }
1492         _vm_page_deactivate(m, head);
1493 }
1494
1495 /*
1496  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1497  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1498  * to be in the object.  If the page doesn't exist, allocate it.
1499  *
1500  * This routine may block.
1501  */
1502 vm_page_t
1503 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1504 {
1505         vm_page_t m;
1506         int s, generation;
1507
1508         GIANT_REQUIRED;
1509 retrylookup:
1510         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1511                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1512                         generation = object->generation;
1513
1514                         s = splvm();
1515                         while ((object->generation == generation) &&
1516                                         (m->busy || (m->flags & PG_BUSY))) {
1517                                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1518                                 tsleep(m, PVM, "pgrbwt", 0);
1519                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0) {
1520                                         splx(s);
1521                                         return NULL;
1522                                 }
1523                         }
1524                         splx(s);
1525                         goto retrylookup;
1526                 } else {
1527                         vm_page_busy(m);
1528                         return m;
1529                 }
1530         }
1531
1532         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1533         if (m == NULL) {
1534                 VM_WAIT;
1535                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1536                         return NULL;
1537                 goto retrylookup;
1538         }
1539
1540         return m;
1541 }
1542
1543 /*
1544  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1545  * a page.  May not block.
1546  *
1547  * Inputs are required to range within a page.
1548  */
1549 __inline int
1550 vm_page_bits(int base, int size)
1551 {
1552         int first_bit;
1553         int last_bit;
1554
1555         KASSERT(
1556             base + size <= PAGE_SIZE,
1557             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1558         );
1559
1560         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1561                 return (0);
1562
1563         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1564         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1565
1566         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1567 }
1568
1569 /*
1570  *      vm_page_set_validclean:
1571  *
1572  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1573  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1574  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1575  *      such chunks will be zero'd.
1576  *
1577  *      This routine may not block.
1578  *
1579  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1580  */
1581 void
1582 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1583 {
1584         int pagebits;
1585         int frag;
1586         int endoff;
1587
1588         GIANT_REQUIRED;
1589         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1590                 return;
1591
1592         /*
1593          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1594          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1595          * first block.
1596          */
1597         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1598             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1599                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1600
1601         /*
1602          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1603          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1604          * the last block.
1605          */
1606         endoff = base + size;
1607         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1608             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1609                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1610                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1611
1612         /*
1613          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1614          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1615          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1616          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1617          * be set again.
1618          *
1619          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1620          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1621          * the range.
1622          */
1623         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1624         m->valid |= pagebits;
1625 #if 0   /* NOT YET */
1626         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1627                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1628                 base += frag;
1629                 size -= frag;
1630                 if (size < 0)
1631                         size = 0;
1632         }
1633         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1634 #endif
1635         m->dirty &= ~pagebits;
1636         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1637                 pmap_clear_modify(m);
1638                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1639         }
1640 }
1641
1642 #if 0
1643
1644 void
1645 vm_page_set_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1646 {
1647         m->dirty |= vm_page_bits(base, size);
1648 }
1649
1650 #endif
1651
1652 void
1653 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1654 {
1655         GIANT_REQUIRED;
1656         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1657 }
1658
1659 /*
1660  *      vm_page_set_invalid:
1661  *
1662  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1663  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1664  *
1665  *      May not block.
1666  */
1667 void
1668 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1669 {
1670         int bits;
1671
1672         GIANT_REQUIRED;
1673         bits = vm_page_bits(base, size);
1674         m->valid &= ~bits;
1675         m->dirty &= ~bits;
1676         m->object->generation++;
1677 }
1678
1679 /*
1680  * vm_page_zero_invalid()
1681  *
1682  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1683  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1684  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1685  *      page so user code sees what it expects.
1686  *
1687  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1688  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1689  */
1690 void
1691 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1692 {
1693         int b;
1694         int i;
1695
1696         /*
1697          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1698          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1699          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1700          * vm_page_set_validclean().
1701          */
1702         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1703                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1704                     (m->valid & (1 << i))
1705                 ) {
1706                         if (i > b) {
1707                                 pmap_zero_page_area(m, 
1708                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1709                         }
1710                         b = i + 1;
1711                 }
1712         }
1713
1714         /*
1715          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1716          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1717          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1718          */
1719         if (setvalid)
1720                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1721 }
1722
1723 /*
1724  *      vm_page_is_valid:
1725  *
1726  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1727  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1728  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1729  *
1730  *      May not block.
1731  */
1732 int
1733 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1734 {
1735         int bits = vm_page_bits(base, size);
1736
1737         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1738                 return 1;
1739         else
1740                 return 0;
1741 }
1742
1743 /*
1744  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1745  */
1746 void
1747 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1748 {
1749         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1750                 vm_page_dirty(m);
1751         }
1752 }
1753
1754 int so_zerocp_fullpage = 0;
1755
1756 void
1757 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1758 {
1759         vm_page_t mnew;
1760         vm_object_t object;
1761         vm_pindex_t pindex;
1762
1763         object = m->object;
1764         pindex = m->pindex;
1765         vm_page_busy(m);
1766
1767  retry_alloc:
1768         vm_page_remove(m);
1769         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
1770         if (mnew == NULL) {
1771                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1772                 VM_WAIT;
1773                 goto retry_alloc;
1774         }
1775
1776         if (m->cow == 0) {
1777                 /* 
1778                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1779                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1780                  * the way they were 
1781                  */
1782                 vm_page_busy(mnew);
1783                 vm_page_free(mnew);
1784                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1785         } else { /* clear COW & copy page */
1786                 if (so_zerocp_fullpage) {
1787                         mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1788                 } else {
1789                         vm_page_copy(m, mnew);
1790                 }
1791                 vm_page_dirty(mnew);
1792                 vm_page_flag_clear(mnew, PG_BUSY);
1793         }
1794 }
1795
1796 void 
1797 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1798 {
1799
1800         /* XXX KDM find out if giant is required here. */
1801         GIANT_REQUIRED;
1802         if (m->cow) {
1803                 atomic_subtract_int(&m->cow, 1);
1804                 /* 
1805                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1806                  */
1807         } 
1808         /*
1809          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1810          */ 
1811 }
1812
1813 void
1814 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
1815 {
1816         /* XXX KDM find out if giant is required here */
1817         GIANT_REQUIRED;
1818         atomic_add_int(&m->cow, 1);
1819         vm_page_protect(m, VM_PROT_READ);
1820 }
1821
1822 #include "opt_ddb.h"
1823 #ifdef DDB
1824 #include <sys/kernel.h>
1825
1826 #include <ddb/ddb.h>
1827
1828 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1829 {
1830         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
1831         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
1832         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
1833         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
1834         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
1835         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
1836         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
1837         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
1838         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
1839         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
1840 }
1841
1842 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1843 {
1844         int i;
1845         db_printf("PQ_FREE:");
1846         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1847                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1848         }
1849         db_printf("\n");
1850                 
1851         db_printf("PQ_CACHE:");
1852         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1853                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1854         }
1855         db_printf("\n");
1856
1857         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1858                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1859                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1860 }
1861 #endif /* DDB */