]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
vm: alloc pages from reserv before breaking it
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
7  *
8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
9  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
20  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
21  *    without specific prior written permission.
22  *
23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
24  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
25  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
26  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
27  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
28  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
29  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
30  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
31  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
32  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
33  * SUCH DAMAGE.
34  *
35  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
36  */
37
38 /*-
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
43  *
44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
49  *
50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
53  *
54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
55  *
56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
57  *  School of Computer Science
58  *  Carnegie Mellon University
59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
60  *
61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
62  * rights to redistribute these changes.
63  */
64
65 /*
66  *      Resident memory management module.
67  */
68
69 #include <sys/cdefs.h>
70 __FBSDID("$FreeBSD$");
71
72 #include "opt_vm.h"
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/counter.h>
77 #include <sys/domainset.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/limits.h>
80 #include <sys/linker.h>
81 #include <sys/lock.h>
82 #include <sys/malloc.h>
83 #include <sys/mman.h>
84 #include <sys/msgbuf.h>
85 #include <sys/mutex.h>
86 #include <sys/proc.h>
87 #include <sys/rwlock.h>
88 #include <sys/sleepqueue.h>
89 #include <sys/sbuf.h>
90 #include <sys/sched.h>
91 #include <sys/smp.h>
92 #include <sys/sysctl.h>
93 #include <sys/vmmeter.h>
94 #include <sys/vnode.h>
95
96 #include <vm/vm.h>
97 #include <vm/pmap.h>
98 #include <vm/vm_param.h>
99 #include <vm/vm_domainset.h>
100 #include <vm/vm_kern.h>
101 #include <vm/vm_map.h>
102 #include <vm/vm_object.h>
103 #include <vm/vm_page.h>
104 #include <vm/vm_pageout.h>
105 #include <vm/vm_phys.h>
106 #include <vm/vm_pagequeue.h>
107 #include <vm/vm_pager.h>
108 #include <vm/vm_radix.h>
109 #include <vm/vm_reserv.h>
110 #include <vm/vm_extern.h>
111 #include <vm/vm_dumpset.h>
112 #include <vm/uma.h>
113 #include <vm/uma_int.h>
114
115 #include <machine/md_var.h>
116
117 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
118
119 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct vm_batchqueue, pqbatch[MAXMEMDOM][PQ_COUNT]);
120
121 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
122
123 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vm_domainset_lock;
124 /* The following fields are protected by the domainset lock. */
125 domainset_t __exclusive_cache_line vm_min_domains;
126 domainset_t __exclusive_cache_line vm_severe_domains;
127 static int vm_min_waiters;
128 static int vm_severe_waiters;
129 static int vm_pageproc_waiters;
130
131 static SYSCTL_NODE(_vm_stats, OID_AUTO, page, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
132     "VM page statistics");
133
134 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pqstate_commit_retries);
135 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_stats_page, OID_AUTO, pqstate_commit_retries,
136     CTLFLAG_RD, &pqstate_commit_retries,
137     "Number of failed per-page atomic queue state updates");
138
139 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(queue_ops);
140 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_stats_page, OID_AUTO, queue_ops,
141     CTLFLAG_RD, &queue_ops,
142     "Number of batched queue operations");
143
144 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(queue_nops);
145 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_stats_page, OID_AUTO, queue_nops,
146     CTLFLAG_RD, &queue_nops,
147     "Number of batched queue operations with no effects");
148
149 /*
150  * bogus page -- for I/O to/from partially complete buffers,
151  * or for paging into sparsely invalid regions.
152  */
153 vm_page_t bogus_page;
154
155 vm_page_t vm_page_array;
156 long vm_page_array_size;
157 long first_page;
158
159 struct bitset *vm_page_dump;
160 long vm_page_dump_pages;
161
162 static TAILQ_HEAD(, vm_page) blacklist_head;
163 static int sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
164 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, page_blacklist, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD |
165     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, sysctl_vm_page_blacklist, "A", "Blacklist pages");
166
167 static uma_zone_t fakepg_zone;
168
169 static void vm_page_alloc_check(vm_page_t m);
170 static bool _vm_page_busy_sleep(vm_object_t obj, vm_page_t m,
171     vm_pindex_t pindex, const char *wmesg, int allocflags, bool locked);
172 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
173 static void vm_page_enqueue(vm_page_t m, uint8_t queue);
174 static bool vm_page_free_prep(vm_page_t m);
175 static void vm_page_free_toq(vm_page_t m);
176 static void vm_page_init(void *dummy);
177 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
178     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
179 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
180     vm_page_t mpred);
181 static void vm_page_mvqueue(vm_page_t m, const uint8_t queue,
182     const uint16_t nflag);
183 static int vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages,
184     vm_page_t m_run, vm_paddr_t high);
185 static void vm_page_release_toq(vm_page_t m, uint8_t nqueue, bool noreuse);
186 static int vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object,
187     int req);
188 static int vm_page_zone_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain,
189     int flags);
190 static void vm_page_zone_release(void *arg, void **store, int cnt);
191
192 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init, NULL);
193
194 static void
195 vm_page_init(void *dummy)
196 {
197
198         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
199             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE);
200         bogus_page = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
201 }
202
203 /*
204  * The cache page zone is initialized later since we need to be able to allocate
205  * pages before UMA is fully initialized.
206  */
207 static void
208 vm_page_init_cache_zones(void *dummy __unused)
209 {
210         struct vm_domain *vmd;
211         struct vm_pgcache *pgcache;
212         int cache, domain, maxcache, pool;
213
214         maxcache = 0;
215         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pgcache_zone_max_pcpu", &maxcache);
216         maxcache *= mp_ncpus;
217         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
218                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
219                 for (pool = 0; pool < VM_NFREEPOOL; pool++) {
220                         pgcache = &vmd->vmd_pgcache[pool];
221                         pgcache->domain = domain;
222                         pgcache->pool = pool;
223                         pgcache->zone = uma_zcache_create("vm pgcache",
224                             PAGE_SIZE, NULL, NULL, NULL, NULL,
225                             vm_page_zone_import, vm_page_zone_release, pgcache,
226                             UMA_ZONE_VM);
227
228                         /*
229                          * Limit each pool's zone to 0.1% of the pages in the
230                          * domain.
231                          */
232                         cache = maxcache != 0 ? maxcache :
233                             vmd->vmd_page_count / 1000;
234                         uma_zone_set_maxcache(pgcache->zone, cache);
235                 }
236         }
237 }
238 SYSINIT(vm_page2, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_ANY, vm_page_init_cache_zones, NULL);
239
240 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
241 #if PAGE_SIZE == 32768
242 #ifdef CTASSERT
243 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
244 #endif
245 #endif
246
247 /*
248  *      vm_set_page_size:
249  *
250  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
251  *      size.  Must be called before any use of page-size
252  *      dependent functions.
253  */
254 void
255 vm_set_page_size(void)
256 {
257         if (vm_cnt.v_page_size == 0)
258                 vm_cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
259         if (((vm_cnt.v_page_size - 1) & vm_cnt.v_page_size) != 0)
260                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
261 }
262
263 /*
264  *      vm_page_blacklist_next:
265  *
266  *      Find the next entry in the provided string of blacklist
267  *      addresses.  Entries are separated by space, comma, or newline.
268  *      If an invalid integer is encountered then the rest of the
269  *      string is skipped.  Updates the list pointer to the next
270  *      character, or NULL if the string is exhausted or invalid.
271  */
272 static vm_paddr_t
273 vm_page_blacklist_next(char **list, char *end)
274 {
275         vm_paddr_t bad;
276         char *cp, *pos;
277
278         if (list == NULL || *list == NULL)
279                 return (0);
280         if (**list =='\0') {
281                 *list = NULL;
282                 return (0);
283         }
284
285         /*
286          * If there's no end pointer then the buffer is coming from
287          * the kenv and we know it's null-terminated.
288          */
289         if (end == NULL)
290                 end = *list + strlen(*list);
291
292         /* Ensure that strtoq() won't walk off the end */
293         if (*end != '\0') {
294                 if (*end == '\n' || *end == ' ' || *end  == ',')
295                         *end = '\0';
296                 else {
297                         printf("Blacklist not terminated, skipping\n");
298                         *list = NULL;
299                         return (0);
300                 }
301         }
302
303         for (pos = *list; *pos != '\0'; pos = cp) {
304                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
305                 if (*cp == '\0' || *cp == ' ' || *cp == ',' || *cp == '\n') {
306                         if (bad == 0) {
307                                 if (++cp < end)
308                                         continue;
309                                 else
310                                         break;
311                         }
312                 } else
313                         break;
314                 if (*cp == '\0' || ++cp >= end)
315                         *list = NULL;
316                 else
317                         *list = cp;
318                 return (trunc_page(bad));
319         }
320         printf("Garbage in RAM blacklist, skipping\n");
321         *list = NULL;
322         return (0);
323 }
324
325 bool
326 vm_page_blacklist_add(vm_paddr_t pa, bool verbose)
327 {
328         struct vm_domain *vmd;
329         vm_page_t m;
330         int ret;
331
332         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
333         if (m == NULL)
334                 return (true); /* page does not exist, no failure */
335
336         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
337         vm_domain_free_lock(vmd);
338         ret = vm_phys_unfree_page(m);
339         vm_domain_free_unlock(vmd);
340         if (ret != 0) {
341                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, -1);
342                 TAILQ_INSERT_TAIL(&blacklist_head, m, listq);
343                 if (verbose)
344                         printf("Skipping page with pa 0x%jx\n", (uintmax_t)pa);
345         }
346         return (ret);
347 }
348
349 /*
350  *      vm_page_blacklist_check:
351  *
352  *      Iterate through the provided string of blacklist addresses, pulling
353  *      each entry out of the physical allocator free list and putting it
354  *      onto a list for reporting via the vm.page_blacklist sysctl.
355  */
356 static void
357 vm_page_blacklist_check(char *list, char *end)
358 {
359         vm_paddr_t pa;
360         char *next;
361
362         next = list;
363         while (next != NULL) {
364                 if ((pa = vm_page_blacklist_next(&next, end)) == 0)
365                         continue;
366                 vm_page_blacklist_add(pa, bootverbose);
367         }
368 }
369
370 /*
371  *      vm_page_blacklist_load:
372  *
373  *      Search for a special module named "ram_blacklist".  It'll be a
374  *      plain text file provided by the user via the loader directive
375  *      of the same name.
376  */
377 static void
378 vm_page_blacklist_load(char **list, char **end)
379 {
380         void *mod;
381         u_char *ptr;
382         u_int len;
383
384         mod = NULL;
385         ptr = NULL;
386
387         mod = preload_search_by_type("ram_blacklist");
388         if (mod != NULL) {
389                 ptr = preload_fetch_addr(mod);
390                 len = preload_fetch_size(mod);
391         }
392         *list = ptr;
393         if (ptr != NULL)
394                 *end = ptr + len;
395         else
396                 *end = NULL;
397         return;
398 }
399
400 static int
401 sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
402 {
403         vm_page_t m;
404         struct sbuf sbuf;
405         int error, first;
406
407         first = 1;
408         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
409         if (error != 0)
410                 return (error);
411         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
412         TAILQ_FOREACH(m, &blacklist_head, listq) {
413                 sbuf_printf(&sbuf, "%s%#jx", first ? "" : ",",
414                     (uintmax_t)m->phys_addr);
415                 first = 0;
416         }
417         error = sbuf_finish(&sbuf);
418         sbuf_delete(&sbuf);
419         return (error);
420 }
421
422 /*
423  * Initialize a dummy page for use in scans of the specified paging queue.
424  * In principle, this function only needs to set the flag PG_MARKER.
425  * Nonetheless, it write busies the page as a safety precaution.
426  */
427 void
428 vm_page_init_marker(vm_page_t marker, int queue, uint16_t aflags)
429 {
430
431         bzero(marker, sizeof(*marker));
432         marker->flags = PG_MARKER;
433         marker->a.flags = aflags;
434         marker->busy_lock = VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE;
435         marker->a.queue = queue;
436 }
437
438 static void
439 vm_page_domain_init(int domain)
440 {
441         struct vm_domain *vmd;
442         struct vm_pagequeue *pq;
443         int i;
444
445         vmd = VM_DOMAIN(domain);
446         bzero(vmd, sizeof(*vmd));
447         *__DECONST(const char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
448             "vm inactive pagequeue";
449         *__DECONST(const char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
450             "vm active pagequeue";
451         *__DECONST(const char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_name) =
452             "vm laundry pagequeue";
453         *__DECONST(const char **,
454             &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_name) =
455             "vm unswappable pagequeue";
456         vmd->vmd_domain = domain;
457         vmd->vmd_page_count = 0;
458         vmd->vmd_free_count = 0;
459         vmd->vmd_segs = 0;
460         vmd->vmd_oom = FALSE;
461         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
462                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
463                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
464                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
465                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
466                 pq->pq_pdpages = 0;
467                 vm_page_init_marker(&vmd->vmd_markers[i], i, 0);
468         }
469         mtx_init(&vmd->vmd_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
470         mtx_init(&vmd->vmd_pageout_mtx, "vm pageout lock", NULL, MTX_DEF);
471         snprintf(vmd->vmd_name, sizeof(vmd->vmd_name), "%d", domain);
472
473         /*
474          * inacthead is used to provide FIFO ordering for LRU-bypassing
475          * insertions.
476          */
477         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_inacthead, PQ_INACTIVE, PGA_ENQUEUED);
478         TAILQ_INSERT_HEAD(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_pl,
479             &vmd->vmd_inacthead, plinks.q);
480
481         /*
482          * The clock pages are used to implement active queue scanning without
483          * requeues.  Scans start at clock[0], which is advanced after the scan
484          * ends.  When the two clock hands meet, they are reset and scanning
485          * resumes from the head of the queue.
486          */
487         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_clock[0], PQ_ACTIVE, PGA_ENQUEUED);
488         vm_page_init_marker(&vmd->vmd_clock[1], PQ_ACTIVE, PGA_ENQUEUED);
489         TAILQ_INSERT_HEAD(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_pl,
490             &vmd->vmd_clock[0], plinks.q);
491         TAILQ_INSERT_TAIL(&vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_pl,
492             &vmd->vmd_clock[1], plinks.q);
493 }
494
495 /*
496  * Initialize a physical page in preparation for adding it to the free
497  * lists.
498  */
499 void
500 vm_page_init_page(vm_page_t m, vm_paddr_t pa, int segind)
501 {
502
503         m->object = NULL;
504         m->ref_count = 0;
505         m->busy_lock = VPB_FREED;
506         m->flags = m->a.flags = 0;
507         m->phys_addr = pa;
508         m->a.queue = PQ_NONE;
509         m->psind = 0;
510         m->segind = segind;
511         m->order = VM_NFREEORDER;
512         m->pool = VM_FREEPOOL_DEFAULT;
513         m->valid = m->dirty = 0;
514         pmap_page_init(m);
515 }
516
517 #ifndef PMAP_HAS_PAGE_ARRAY
518 static vm_paddr_t
519 vm_page_array_alloc(vm_offset_t *vaddr, vm_paddr_t end, vm_paddr_t page_range)
520 {
521         vm_paddr_t new_end;
522
523         /*
524          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
525          * However, because this page is allocated from KVM, out-of-bounds
526          * accesses using the direct map will not be trapped.
527          */
528         *vaddr += PAGE_SIZE;
529
530         /*
531          * Allocate physical memory for the page structures, and map it.
532          */
533         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
534         vm_page_array = (vm_page_t)pmap_map(vaddr, new_end, end,
535             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
536         vm_page_array_size = page_range;
537
538         return (new_end);
539 }
540 #endif
541
542 /*
543  *      vm_page_startup:
544  *
545  *      Initializes the resident memory module.  Allocates physical memory for
546  *      bootstrapping UMA and some data structures that are used to manage
547  *      physical pages.  Initializes these structures, and populates the free
548  *      page queues.
549  */
550 vm_offset_t
551 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
552 {
553         struct vm_phys_seg *seg;
554         struct vm_domain *vmd;
555         vm_page_t m;
556         char *list, *listend;
557         vm_paddr_t end, high_avail, low_avail, new_end, size;
558         vm_paddr_t page_range __unused;
559         vm_paddr_t last_pa, pa, startp, endp;
560         u_long pagecount;
561 #if MINIDUMP_PAGE_TRACKING
562         u_long vm_page_dump_size;
563 #endif
564         int biggestone, i, segind;
565 #ifdef WITNESS
566         vm_offset_t mapped;
567         int witness_size;
568 #endif
569 #if defined(__i386__) && defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
570         long ii;
571 #endif
572
573         vaddr = round_page(vaddr);
574
575         vm_phys_early_startup();
576         biggestone = vm_phys_avail_largest();
577         end = phys_avail[biggestone+1];
578
579         /*
580          * Initialize the page and queue locks.
581          */
582         mtx_init(&vm_domainset_lock, "vm domainset lock", NULL, MTX_DEF);
583         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
584                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
585         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
586                 vm_page_domain_init(i);
587
588         new_end = end;
589 #ifdef WITNESS
590         witness_size = round_page(witness_startup_count());
591         new_end -= witness_size;
592         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, new_end + witness_size,
593             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
594         bzero((void *)mapped, witness_size);
595         witness_startup((void *)mapped);
596 #endif
597
598 #if MINIDUMP_PAGE_TRACKING
599         /*
600          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
601          * needs to be included in a minidump.
602          *
603          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
604          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
605          *
606          * However, i386 still needs this workspace internally within the
607          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
608          * included should the sf_buf code decide to use them.
609          */
610         last_pa = 0;
611         vm_page_dump_pages = 0;
612         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
613                 vm_page_dump_pages += howmany(dump_avail[i + 1], PAGE_SIZE) -
614                     dump_avail[i] / PAGE_SIZE;
615                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
616                         last_pa = dump_avail[i + 1];
617         }
618         vm_page_dump_size = round_page(BITSET_SIZE(vm_page_dump_pages));
619         new_end -= vm_page_dump_size;
620         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
621             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
622         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
623 #else
624         (void)last_pa;
625 #endif
626 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
627     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
628         /*
629          * Include the UMA bootstrap pages, witness pages and vm_page_dump
630          * in a crash dump.  When pmap_map() uses the direct map, they are
631          * not automatically included.
632          */
633         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
634                 dump_add_page(pa);
635 #endif
636         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
637 #ifdef __amd64__
638         /*
639          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
640          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
641          * through the direct map, they are not automatically included.
642          */
643         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
644         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
645         while (pa < last_pa) {
646                 dump_add_page(pa);
647                 pa += PAGE_SIZE;
648         }
649 #endif
650         /*
651          * Compute the number of pages of memory that will be available for
652          * use, taking into account the overhead of a page structure per page.
653          * In other words, solve
654          *      "available physical memory" - round_page(page_range *
655          *          sizeof(struct vm_page)) = page_range * PAGE_SIZE 
656          * for page_range.  
657          */
658         low_avail = phys_avail[0];
659         high_avail = phys_avail[1];
660         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
661                 if (vm_phys_segs[i].start < low_avail)
662                         low_avail = vm_phys_segs[i].start;
663                 if (vm_phys_segs[i].end > high_avail)
664                         high_avail = vm_phys_segs[i].end;
665         }
666         /* Skip the first chunk.  It is already accounted for. */
667         for (i = 2; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
668                 if (phys_avail[i] < low_avail)
669                         low_avail = phys_avail[i];
670                 if (phys_avail[i + 1] > high_avail)
671                         high_avail = phys_avail[i + 1];
672         }
673         first_page = low_avail / PAGE_SIZE;
674 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
675         size = 0;
676         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++)
677                 size += vm_phys_segs[i].end - vm_phys_segs[i].start;
678         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
679                 size += phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
680 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
681         size = high_avail - low_avail;
682 #else
683 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
684 #endif
685
686 #ifdef PMAP_HAS_PAGE_ARRAY
687         pmap_page_array_startup(size / PAGE_SIZE);
688         biggestone = vm_phys_avail_largest();
689         end = new_end = phys_avail[biggestone + 1];
690 #else
691 #ifdef VM_PHYSSEG_DENSE
692         /*
693          * In the VM_PHYSSEG_DENSE case, the number of pages can account for
694          * the overhead of a page structure per page only if vm_page_array is
695          * allocated from the last physical memory chunk.  Otherwise, we must
696          * allocate page structures representing the physical memory
697          * underlying vm_page_array, even though they will not be used.
698          */
699         if (new_end != high_avail)
700                 page_range = size / PAGE_SIZE;
701         else
702 #endif
703         {
704                 page_range = size / (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page));
705
706                 /*
707                  * If the partial bytes remaining are large enough for
708                  * a page (PAGE_SIZE) without a corresponding
709                  * 'struct vm_page', then new_end will contain an
710                  * extra page after subtracting the length of the VM
711                  * page array.  Compensate by subtracting an extra
712                  * page from new_end.
713                  */
714                 if (size % (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page)) >= PAGE_SIZE) {
715                         if (new_end == high_avail)
716                                 high_avail -= PAGE_SIZE;
717                         new_end -= PAGE_SIZE;
718                 }
719         }
720         end = new_end;
721         new_end = vm_page_array_alloc(&vaddr, end, page_range);
722 #endif
723
724 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
725         /*
726          * Allocate physical memory for the reservation management system's
727          * data structures, and map it.
728          */
729         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end);
730 #endif
731 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
732     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
733         /*
734          * Include vm_page_array and vm_reserv_array in a crash dump.
735          */
736         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
737                 dump_add_page(pa);
738 #endif
739         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
740
741         /*
742          * Add physical memory segments corresponding to the available
743          * physical pages.
744          */
745         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
746                 if (vm_phys_avail_size(i) != 0)
747                         vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
748
749         /*
750          * Initialize the physical memory allocator.
751          */
752         vm_phys_init();
753
754         /*
755          * Initialize the page structures and add every available page to the
756          * physical memory allocator's free lists.
757          */
758 #if defined(__i386__) && defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
759         for (ii = 0; ii < vm_page_array_size; ii++) {
760                 m = &vm_page_array[ii];
761                 vm_page_init_page(m, (first_page + ii) << PAGE_SHIFT, 0);
762                 m->flags = PG_FICTITIOUS;
763         }
764 #endif
765         vm_cnt.v_page_count = 0;
766         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
767                 seg = &vm_phys_segs[segind];
768                 for (m = seg->first_page, pa = seg->start; pa < seg->end;
769                     m++, pa += PAGE_SIZE)
770                         vm_page_init_page(m, pa, segind);
771
772                 /*
773                  * Add the segment's pages that are covered by one of
774                  * phys_avail's ranges to the free lists.
775                  */
776                 for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
777                         if (seg->end <= phys_avail[i] ||
778                             seg->start >= phys_avail[i + 1])
779                                 continue;
780
781                         startp = MAX(seg->start, phys_avail[i]);
782                         endp = MIN(seg->end, phys_avail[i + 1]);
783                         pagecount = (u_long)atop(endp - startp);
784                         if (pagecount == 0)
785                                 continue;
786
787                         m = seg->first_page + atop(startp - seg->start);
788                         vmd = VM_DOMAIN(seg->domain);
789                         vm_domain_free_lock(vmd);
790                         vm_phys_enqueue_contig(m, pagecount);
791                         vm_domain_free_unlock(vmd);
792                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, pagecount);
793                         vm_cnt.v_page_count += (u_int)pagecount;
794                         vmd->vmd_page_count += (u_int)pagecount;
795                         vmd->vmd_segs |= 1UL << segind;
796                 }
797         }
798
799         /*
800          * Remove blacklisted pages from the physical memory allocator.
801          */
802         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
803         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
804         vm_page_blacklist_check(list, listend);
805
806         list = kern_getenv("vm.blacklist");
807         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
808
809         freeenv(list);
810 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
811         /*
812          * Initialize the reservation management system.
813          */
814         vm_reserv_init();
815 #endif
816
817         return (vaddr);
818 }
819
820 void
821 vm_page_reference(vm_page_t m)
822 {
823
824         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
825 }
826
827 /*
828  *      vm_page_trybusy
829  *
830  *      Helper routine for grab functions to trylock busy.
831  *
832  *      Returns true on success and false on failure.
833  */
834 static bool
835 vm_page_trybusy(vm_page_t m, int allocflags)
836 {
837
838         if ((allocflags & (VM_ALLOC_SBUSY | VM_ALLOC_IGN_SBUSY)) != 0)
839                 return (vm_page_trysbusy(m));
840         else
841                 return (vm_page_tryxbusy(m));
842 }
843
844 /*
845  *      vm_page_tryacquire
846  *
847  *      Helper routine for grab functions to trylock busy and wire.
848  *
849  *      Returns true on success and false on failure.
850  */
851 static inline bool
852 vm_page_tryacquire(vm_page_t m, int allocflags)
853 {
854         bool locked;
855
856         locked = vm_page_trybusy(m, allocflags);
857         if (locked && (allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
858                 vm_page_wire(m);
859         return (locked);
860 }
861
862 /*
863  *      vm_page_busy_acquire:
864  *
865  *      Acquire the busy lock as described by VM_ALLOC_* flags.  Will loop
866  *      and drop the object lock if necessary.
867  */
868 bool
869 vm_page_busy_acquire(vm_page_t m, int allocflags)
870 {
871         vm_object_t obj;
872         bool locked;
873
874         /*
875          * The page-specific object must be cached because page
876          * identity can change during the sleep, causing the
877          * re-lock of a different object.
878          * It is assumed that a reference to the object is already
879          * held by the callers.
880          */
881         obj = atomic_load_ptr(&m->object);
882         for (;;) {
883                 if (vm_page_tryacquire(m, allocflags))
884                         return (true);
885                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
886                         return (false);
887                 if (obj != NULL)
888                         locked = VM_OBJECT_WOWNED(obj);
889                 else
890                         locked = false;
891                 MPASS(locked || vm_page_wired(m));
892                 if (_vm_page_busy_sleep(obj, m, m->pindex, "vmpba", allocflags,
893                     locked) && locked)
894                         VM_OBJECT_WLOCK(obj);
895                 if ((allocflags & VM_ALLOC_WAITFAIL) != 0)
896                         return (false);
897                 KASSERT(m->object == obj || m->object == NULL,
898                     ("vm_page_busy_acquire: page %p does not belong to %p",
899                     m, obj));
900         }
901 }
902
903 /*
904  *      vm_page_busy_downgrade:
905  *
906  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
907  */
908 void
909 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
910 {
911         u_int x;
912
913         vm_page_assert_xbusied(m);
914
915         x = vm_page_busy_fetch(m);
916         for (;;) {
917                 if (atomic_fcmpset_rel_int(&m->busy_lock,
918                     &x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
919                         break;
920         }
921         if ((x & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
922                 wakeup(m);
923 }
924
925 /*
926  *
927  *      vm_page_busy_tryupgrade:
928  *
929  *      Attempt to upgrade a single shared busy into an exclusive busy.
930  */
931 int
932 vm_page_busy_tryupgrade(vm_page_t m)
933 {
934         u_int ce, x;
935
936         vm_page_assert_sbusied(m);
937
938         x = vm_page_busy_fetch(m);
939         ce = VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE;
940         for (;;) {
941                 if (VPB_SHARERS(x) > 1)
942                         return (0);
943                 KASSERT((x & ~VPB_BIT_WAITERS) == VPB_SHARERS_WORD(1),
944                     ("vm_page_busy_tryupgrade: invalid lock state"));
945                 if (!atomic_fcmpset_acq_int(&m->busy_lock, &x,
946                     ce | (x & VPB_BIT_WAITERS)))
947                         continue;
948                 return (1);
949         }
950 }
951
952 /*
953  *      vm_page_sbusied:
954  *
955  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
956  */
957 int
958 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
959 {
960         u_int x;
961
962         x = vm_page_busy_fetch(m);
963         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
964 }
965
966 /*
967  *      vm_page_sunbusy:
968  *
969  *      Shared unbusy a page.
970  */
971 void
972 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
973 {
974         u_int x;
975
976         vm_page_assert_sbusied(m);
977
978         x = vm_page_busy_fetch(m);
979         for (;;) {
980                 KASSERT(x != VPB_FREED,
981                     ("vm_page_sunbusy: Unlocking freed page."));
982                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
983                         if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_lock, &x,
984                             x - VPB_ONE_SHARER))
985                                 break;
986                         continue;
987                 }
988                 KASSERT((x & ~VPB_BIT_WAITERS) == VPB_SHARERS_WORD(1),
989                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
990                 if (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->busy_lock, &x, VPB_UNBUSIED))
991                         continue;
992                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
993                         break;
994                 wakeup(m);
995                 break;
996         }
997 }
998
999 /*
1000  *      vm_page_busy_sleep:
1001  *
1002  *      Sleep if the page is busy, using the page pointer as wchan.
1003  *      This is used to implement the hard-path of the busying mechanism.
1004  *
1005  *      If VM_ALLOC_IGN_SBUSY is specified in allocflags, the function
1006  *      will not sleep if the page is shared-busy.
1007  *
1008  *      The object lock must be held on entry.
1009  *
1010  *      Returns true if it slept and dropped the object lock, or false
1011  *      if there was no sleep and the lock is still held.
1012  */
1013 bool
1014 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, int allocflags)
1015 {
1016         vm_object_t obj;
1017
1018         obj = m->object;
1019         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(obj);
1020
1021         return (_vm_page_busy_sleep(obj, m, m->pindex, wmesg, allocflags,
1022             true));
1023 }
1024
1025 /*
1026  *      vm_page_busy_sleep_unlocked:
1027  *
1028  *      Sleep if the page is busy, using the page pointer as wchan.
1029  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
1030  *
1031  *      If VM_ALLOC_IGN_SBUSY is specified in allocflags, the function
1032  *      will not sleep if the page is shared-busy.
1033  *
1034  *      The object lock must not be held on entry.  The operation will
1035  *      return if the page changes identity.
1036  */
1037 void
1038 vm_page_busy_sleep_unlocked(vm_object_t obj, vm_page_t m, vm_pindex_t pindex,
1039     const char *wmesg, int allocflags)
1040 {
1041         VM_OBJECT_ASSERT_UNLOCKED(obj);
1042
1043         (void)_vm_page_busy_sleep(obj, m, pindex, wmesg, allocflags, false);
1044 }
1045
1046 /*
1047  *      _vm_page_busy_sleep:
1048  *
1049  *      Internal busy sleep function.  Verifies the page identity and
1050  *      lockstate against parameters.  Returns true if it sleeps and
1051  *      false otherwise.
1052  *
1053  *      allocflags uses VM_ALLOC_* flags to specify the lock required.
1054  *
1055  *      If locked is true the lock will be dropped for any true returns
1056  *      and held for any false returns.
1057  */
1058 static bool
1059 _vm_page_busy_sleep(vm_object_t obj, vm_page_t m, vm_pindex_t pindex,
1060     const char *wmesg, int allocflags, bool locked)
1061 {
1062         bool xsleep;
1063         u_int x;
1064
1065         /*
1066          * If the object is busy we must wait for that to drain to zero
1067          * before trying the page again.
1068          */
1069         if (obj != NULL && vm_object_busied(obj)) {
1070                 if (locked)
1071                         VM_OBJECT_DROP(obj);
1072                 vm_object_busy_wait(obj, wmesg);
1073                 return (true);
1074         }
1075
1076         if (!vm_page_busied(m))
1077                 return (false);
1078
1079         xsleep = (allocflags & (VM_ALLOC_SBUSY | VM_ALLOC_IGN_SBUSY)) != 0;
1080         sleepq_lock(m);
1081         x = vm_page_busy_fetch(m);
1082         do {
1083                 /*
1084                  * If the page changes objects or becomes unlocked we can
1085                  * simply return.
1086                  */
1087                 if (x == VPB_UNBUSIED ||
1088                     (xsleep && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
1089                     m->object != obj || m->pindex != pindex) {
1090                         sleepq_release(m);
1091                         return (false);
1092                 }
1093                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1094                         break;
1095         } while (!atomic_fcmpset_int(&m->busy_lock, &x, x | VPB_BIT_WAITERS));
1096         if (locked)
1097                 VM_OBJECT_DROP(obj);
1098         DROP_GIANT();
1099         sleepq_add(m, NULL, wmesg, 0, 0);
1100         sleepq_wait(m, PVM);
1101         PICKUP_GIANT();
1102         return (true);
1103 }
1104
1105 /*
1106  *      vm_page_trysbusy:
1107  *
1108  *      Try to shared busy a page.
1109  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
1110  *      The operation never sleeps.
1111  */
1112 int
1113 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
1114 {
1115         vm_object_t obj;
1116         u_int x;
1117
1118         obj = m->object;
1119         x = vm_page_busy_fetch(m);
1120         for (;;) {
1121                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
1122                         return (0);
1123                 /*
1124                  * Reduce the window for transient busies that will trigger
1125                  * false negatives in vm_page_ps_test().
1126                  */
1127                 if (obj != NULL && vm_object_busied(obj))
1128                         return (0);
1129                 if (atomic_fcmpset_acq_int(&m->busy_lock, &x,
1130                     x + VPB_ONE_SHARER))
1131                         break;
1132         }
1133
1134         /* Refetch the object now that we're guaranteed that it is stable. */
1135         obj = m->object;
1136         if (obj != NULL && vm_object_busied(obj)) {
1137                 vm_page_sunbusy(m);
1138                 return (0);
1139         }
1140         return (1);
1141 }
1142
1143 /*
1144  *      vm_page_tryxbusy:
1145  *
1146  *      Try to exclusive busy a page.
1147  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
1148  *      The operation never sleeps.
1149  */
1150 int
1151 vm_page_tryxbusy(vm_page_t m)
1152 {
1153         vm_object_t obj;
1154
1155         if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED,
1156             VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE) == 0)
1157                 return (0);
1158
1159         obj = m->object;
1160         if (obj != NULL && vm_object_busied(obj)) {
1161                 vm_page_xunbusy(m);
1162                 return (0);
1163         }
1164         return (1);
1165 }
1166
1167 static void
1168 vm_page_xunbusy_hard_tail(vm_page_t m)
1169 {
1170         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
1171         /* Wake the waiter. */
1172         wakeup(m);
1173 }
1174
1175 /*
1176  *      vm_page_xunbusy_hard:
1177  *
1178  *      Called when unbusy has failed because there is a waiter.
1179  */
1180 void
1181 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
1182 {
1183         vm_page_assert_xbusied(m);
1184         vm_page_xunbusy_hard_tail(m);
1185 }
1186
1187 void
1188 vm_page_xunbusy_hard_unchecked(vm_page_t m)
1189 {
1190         vm_page_assert_xbusied_unchecked(m);
1191         vm_page_xunbusy_hard_tail(m);
1192 }
1193
1194 static void
1195 vm_page_busy_free(vm_page_t m)
1196 {
1197         u_int x;
1198
1199         atomic_thread_fence_rel();
1200         x = atomic_swap_int(&m->busy_lock, VPB_FREED);
1201         if ((x & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1202                 wakeup(m);
1203 }
1204
1205 /*
1206  *      vm_page_unhold_pages:
1207  *
1208  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
1209  */
1210 void
1211 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
1212 {
1213
1214         for (; count != 0; count--) {
1215                 vm_page_unwire(*ma, PQ_ACTIVE);
1216                 ma++;
1217         }
1218 }
1219
1220 vm_page_t
1221 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
1222 {
1223         vm_page_t m;
1224
1225 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
1226         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
1227         if (m == NULL)
1228                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
1229         return (m);
1230 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
1231         long pi;
1232
1233         pi = atop(pa);
1234         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
1235                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
1236                 return (m);
1237         }
1238         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
1239 #else
1240 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
1241 #endif
1242 }
1243
1244 /*
1245  *      vm_page_getfake:
1246  *
1247  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1248  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1249  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1250  */
1251 vm_page_t
1252 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1253 {
1254         vm_page_t m;
1255
1256         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1257         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
1258         return (m);
1259 }
1260
1261 void
1262 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1263 {
1264
1265         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1266                 /*
1267                  * The page's memattr might have changed since the
1268                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1269                  * new memattr.
1270                  */
1271                 goto memattr;
1272         }
1273         m->phys_addr = paddr;
1274         m->a.queue = PQ_NONE;
1275         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1276         m->flags = PG_FICTITIOUS;
1277         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1278         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1279         m->busy_lock = VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE;
1280         /* Fictitious pages are unevictable. */
1281         m->ref_count = 1;
1282         pmap_page_init(m);
1283 memattr:
1284         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1285 }
1286
1287 /*
1288  *      vm_page_putfake:
1289  *
1290  *      Release a fictitious page.
1291  */
1292 void
1293 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1294 {
1295
1296         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1297         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1298             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1299         vm_page_assert_xbusied(m);
1300         vm_page_busy_free(m);
1301         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1302 }
1303
1304 /*
1305  *      vm_page_updatefake:
1306  *
1307  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1308  *      memory attribute.
1309  */
1310 void
1311 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1312 {
1313
1314         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1315             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1316         m->phys_addr = paddr;
1317         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1318 }
1319
1320 /*
1321  *      vm_page_free:
1322  *
1323  *      Free a page.
1324  */
1325 void
1326 vm_page_free(vm_page_t m)
1327 {
1328
1329         m->flags &= ~PG_ZERO;
1330         vm_page_free_toq(m);
1331 }
1332
1333 /*
1334  *      vm_page_free_zero:
1335  *
1336  *      Free a page to the zerod-pages queue
1337  */
1338 void
1339 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1340 {
1341
1342         m->flags |= PG_ZERO;
1343         vm_page_free_toq(m);
1344 }
1345
1346 /*
1347  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1348  * was optionally read ahead or behind.
1349  */
1350 void
1351 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1352 {
1353
1354         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1355         KASSERT(!vm_page_none_valid(m), ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1356
1357         /*
1358          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1359          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1360          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1361          * unless the page is wanted by another thread.
1362          */
1363         if ((vm_page_busy_fetch(m) & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1364                 vm_page_activate(m);
1365         else
1366                 vm_page_deactivate(m);
1367         vm_page_xunbusy_unchecked(m);
1368 }
1369
1370 /*
1371  * Destroy the identity of an invalid page and free it if possible.
1372  * This is intended to be used when reading a page from backing store fails.
1373  */
1374 void
1375 vm_page_free_invalid(vm_page_t m)
1376 {
1377
1378         KASSERT(vm_page_none_valid(m), ("page %p is valid", m));
1379         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m), ("page %p is mapped", m));
1380         KASSERT(m->object != NULL, ("page %p has no object", m));
1381         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1382
1383         /*
1384          * We may be attempting to free the page as part of the handling for an
1385          * I/O error, in which case the page was xbusied by a different thread.
1386          */
1387         vm_page_xbusy_claim(m);
1388
1389         /*
1390          * If someone has wired this page while the object lock
1391          * was not held, then the thread that unwires is responsible
1392          * for freeing the page.  Otherwise just free the page now.
1393          * The wire count of this unmapped page cannot change while
1394          * we have the page xbusy and the page's object wlocked.
1395          */
1396         if (vm_page_remove(m))
1397                 vm_page_free(m);
1398 }
1399
1400 /*
1401  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1402  *
1403  *      Set all bits in the page's dirty field.
1404  *
1405  *      The object containing the specified page must be locked if the
1406  *      call is made from the machine-independent layer.
1407  *
1408  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1409  *
1410  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1411  */
1412 void
1413 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1414 {
1415
1416         /* Refer to this operation by its public name. */
1417         KASSERT(vm_page_all_valid(m), ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1418         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1419 }
1420
1421 /*
1422  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1423  *
1424  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1425  *
1426  *      The object must be locked.
1427  */
1428 int
1429 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1430 {
1431         vm_page_t mpred;
1432
1433         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1434         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1435         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1436 }
1437
1438 /*
1439  *      vm_page_insert_after:
1440  *
1441  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1442  *
1443  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1444  *      the specified object.
1445  *
1446  *      The object must be locked.
1447  */
1448 static int
1449 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1450     vm_page_t mpred)
1451 {
1452         vm_page_t msucc;
1453
1454         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1455         KASSERT(m->object == NULL,
1456             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1457         if (mpred != NULL) {
1458                 KASSERT(mpred->object == object,
1459                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1460                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1461                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1462                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1463         } else
1464                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1465         if (msucc != NULL)
1466                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1467                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1468
1469         /*
1470          * Record the object/offset pair in this page.
1471          */
1472         m->object = object;
1473         m->pindex = pindex;
1474         m->ref_count |= VPRC_OBJREF;
1475
1476         /*
1477          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1478          */
1479         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1480                 m->object = NULL;
1481                 m->pindex = 0;
1482                 m->ref_count &= ~VPRC_OBJREF;
1483                 return (1);
1484         }
1485         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1486         return (0);
1487 }
1488
1489 /*
1490  *      vm_page_insert_radixdone:
1491  *
1492  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1493  *      radix trie hooking.
1494  *
1495  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1496  *      specified object.
1497  *
1498  *      The object must be locked.
1499  */
1500 static void
1501 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1502 {
1503
1504         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1505         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1506             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1507         KASSERT((m->ref_count & VPRC_OBJREF) != 0,
1508             ("vm_page_insert_radixdone: page %p is missing object ref", m));
1509         if (mpred != NULL) {
1510                 KASSERT(mpred->object == object,
1511                     ("vm_page_insert_radixdone: object doesn't contain mpred"));
1512                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1513                     ("vm_page_insert_radixdone: mpred doesn't precede pindex"));
1514         }
1515
1516         if (mpred != NULL)
1517                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1518         else
1519                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1520
1521         /*
1522          * Show that the object has one more resident page.
1523          */
1524         object->resident_page_count++;
1525
1526         /*
1527          * Hold the vnode until the last page is released.
1528          */
1529         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1530                 vhold(object->handle);
1531
1532         /*
1533          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1534          * update the object's generation count.
1535          */
1536         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1537                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1538 }
1539
1540 /*
1541  * Do the work to remove a page from its object.  The caller is responsible for
1542  * updating the page's fields to reflect this removal.
1543  */
1544 static void
1545 vm_page_object_remove(vm_page_t m)
1546 {
1547         vm_object_t object;
1548         vm_page_t mrem;
1549
1550         vm_page_assert_xbusied(m);
1551         object = m->object;
1552         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1553         KASSERT((m->ref_count & VPRC_OBJREF) != 0,
1554             ("page %p is missing its object ref", m));
1555
1556         /* Deferred free of swap space. */
1557         if ((m->a.flags & PGA_SWAP_FREE) != 0)
1558                 vm_pager_page_unswapped(m);
1559
1560         m->object = NULL;
1561         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1562         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1563
1564         /*
1565          * Now remove from the object's list of backed pages.
1566          */
1567         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1568
1569         /*
1570          * And show that the object has one fewer resident page.
1571          */
1572         object->resident_page_count--;
1573
1574         /*
1575          * The vnode may now be recycled.
1576          */
1577         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1578                 vdrop(object->handle);
1579 }
1580
1581 /*
1582  *      vm_page_remove:
1583  *
1584  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1585  *      invalidate any backing storage.  Returns true if the object's reference
1586  *      was the last reference to the page, and false otherwise.
1587  *
1588  *      The object must be locked and the page must be exclusively busied.
1589  *      The exclusive busy will be released on return.  If this is not the
1590  *      final ref and the caller does not hold a wire reference it may not
1591  *      continue to access the page.
1592  */
1593 bool
1594 vm_page_remove(vm_page_t m)
1595 {
1596         bool dropped;
1597
1598         dropped = vm_page_remove_xbusy(m);
1599         vm_page_xunbusy(m);
1600
1601         return (dropped);
1602 }
1603
1604 /*
1605  *      vm_page_remove_xbusy
1606  *
1607  *      Removes the page but leaves the xbusy held.  Returns true if this
1608  *      removed the final ref and false otherwise.
1609  */
1610 bool
1611 vm_page_remove_xbusy(vm_page_t m)
1612 {
1613
1614         vm_page_object_remove(m);
1615         return (vm_page_drop(m, VPRC_OBJREF) == VPRC_OBJREF);
1616 }
1617
1618 /*
1619  *      vm_page_lookup:
1620  *
1621  *      Returns the page associated with the object/offset
1622  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1623  *
1624  *      The object must be locked.
1625  */
1626 vm_page_t
1627 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1628 {
1629
1630         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1631         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1632 }
1633
1634 /*
1635  *      vm_page_lookup_unlocked:
1636  *
1637  *      Returns the page associated with the object/offset pair specified;
1638  *      if none is found, NULL is returned.  The page may be no longer be
1639  *      present in the object at the time that this function returns.  Only
1640  *      useful for opportunistic checks such as inmem().
1641  */
1642 vm_page_t
1643 vm_page_lookup_unlocked(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1644 {
1645
1646         return (vm_radix_lookup_unlocked(&object->rtree, pindex));
1647 }
1648
1649 /*
1650  *      vm_page_relookup:
1651  *
1652  *      Returns a page that must already have been busied by
1653  *      the caller.  Used for bogus page replacement.
1654  */
1655 vm_page_t
1656 vm_page_relookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1657 {
1658         vm_page_t m;
1659
1660         m = vm_radix_lookup_unlocked(&object->rtree, pindex);
1661         KASSERT(m != NULL && (vm_page_busied(m) || vm_page_wired(m)) &&
1662             m->object == object && m->pindex == pindex,
1663             ("vm_page_relookup: Invalid page %p", m));
1664         return (m);
1665 }
1666
1667 /*
1668  * This should only be used by lockless functions for releasing transient
1669  * incorrect acquires.  The page may have been freed after we acquired a
1670  * busy lock.  In this case busy_lock == VPB_FREED and we have nothing
1671  * further to do.
1672  */
1673 static void
1674 vm_page_busy_release(vm_page_t m)
1675 {
1676         u_int x;
1677
1678         x = vm_page_busy_fetch(m);
1679         for (;;) {
1680                 if (x == VPB_FREED)
1681                         break;
1682                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && VPB_SHARERS(x) > 1) {
1683                         if (atomic_fcmpset_int(&m->busy_lock, &x,
1684                             x - VPB_ONE_SHARER))
1685                                 break;
1686                         continue;
1687                 }
1688                 KASSERT((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 ||
1689                     (x & ~VPB_BIT_WAITERS) == VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE,
1690                     ("vm_page_busy_release: %p xbusy not owned.", m));
1691                 if (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->busy_lock, &x, VPB_UNBUSIED))
1692                         continue;
1693                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1694                         wakeup(m);
1695                 break;
1696         }
1697 }
1698
1699 /*
1700  *      vm_page_find_least:
1701  *
1702  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1703  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1704  *
1705  *      The object must be locked.
1706  */
1707 vm_page_t
1708 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1709 {
1710         vm_page_t m;
1711
1712         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1713         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1714                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1715         return (m);
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1720  * resident; if none is found, NULL is returned.
1721  *
1722  * The object must be locked.
1723  */
1724 vm_page_t
1725 vm_page_next(vm_page_t m)
1726 {
1727         vm_page_t next;
1728
1729         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1730         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1731                 MPASS(next->object == m->object);
1732                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1733                         next = NULL;
1734         }
1735         return (next);
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1740  * resident; if none is found, NULL is returned.
1741  *
1742  * The object must be locked.
1743  */
1744 vm_page_t
1745 vm_page_prev(vm_page_t m)
1746 {
1747         vm_page_t prev;
1748
1749         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1750         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1751                 MPASS(prev->object == m->object);
1752                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1753                         prev = NULL;
1754         }
1755         return (prev);
1756 }
1757
1758 /*
1759  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1760  * pindex which must be already present in the object.
1761  *
1762  * Both pages must be exclusively busied on enter.  The old page is
1763  * unbusied on exit.
1764  *
1765  * A return value of true means mold is now free.  If this is not the
1766  * final ref and the caller does not hold a wire reference it may not
1767  * continue to access the page.
1768  */
1769 static bool
1770 vm_page_replace_hold(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1771     vm_page_t mold)
1772 {
1773         vm_page_t mret;
1774         bool dropped;
1775
1776         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1777         vm_page_assert_xbusied(mold);
1778         KASSERT(mnew->object == NULL && (mnew->ref_count & VPRC_OBJREF) == 0,
1779             ("vm_page_replace: page %p already in object", mnew));
1780
1781         /*
1782          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1783          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1784          * dance.  Double check such functions for more comments.
1785          */
1786
1787         mnew->object = object;
1788         mnew->pindex = pindex;
1789         atomic_set_int(&mnew->ref_count, VPRC_OBJREF);
1790         mret = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1791         KASSERT(mret == mold,
1792             ("invalid page replacement, mold=%p, mret=%p", mold, mret));
1793         KASSERT((mold->oflags & VPO_UNMANAGED) ==
1794             (mnew->oflags & VPO_UNMANAGED),
1795             ("vm_page_replace: mismatched VPO_UNMANAGED"));
1796
1797         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1798         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1799         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1800         mold->object = NULL;
1801
1802         /*
1803          * The object's resident_page_count does not change because we have
1804          * swapped one page for another, but the generation count should
1805          * change if the page is dirty.
1806          */
1807         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1808                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1809         dropped = vm_page_drop(mold, VPRC_OBJREF) == VPRC_OBJREF;
1810         vm_page_xunbusy(mold);
1811
1812         return (dropped);
1813 }
1814
1815 void
1816 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1817     vm_page_t mold)
1818 {
1819
1820         vm_page_assert_xbusied(mnew);
1821
1822         if (vm_page_replace_hold(mnew, object, pindex, mold))
1823                 vm_page_free(mold);
1824 }
1825
1826 /*
1827  *      vm_page_rename:
1828  *
1829  *      Move the given memory entry from its
1830  *      current object to the specified target object/offset.
1831  *
1832  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1833  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1834  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1835  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1836  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1837  *
1838  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1839  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1840  *            swap.
1841  *
1842  *      The objects must be locked.
1843  */
1844 int
1845 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1846 {
1847         vm_page_t mpred;
1848         vm_pindex_t opidx;
1849
1850         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1851
1852         KASSERT(m->ref_count != 0, ("vm_page_rename: page %p has no refs", m));
1853         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1854         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1855             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1856
1857         /*
1858          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1859          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1860          * function.
1861          */
1862         opidx = m->pindex;
1863         m->pindex = new_pindex;
1864         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1865                 m->pindex = opidx;
1866                 return (1);
1867         }
1868
1869         /*
1870          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1871          * the listq iterator is tainted.
1872          */
1873         m->pindex = opidx;
1874         vm_page_object_remove(m);
1875
1876         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1877         m->pindex = new_pindex;
1878         m->object = new_object;
1879
1880         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1881         vm_page_dirty(m);
1882         return (0);
1883 }
1884
1885 /*
1886  *      vm_page_alloc:
1887  *
1888  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1889  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1890  *
1891  *      The caller must always specify an allocation class.
1892  *
1893  *      allocation classes:
1894  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1895  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1896  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1897  *
1898  *      optional allocation flags:
1899  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1900  *                              intends to allocate
1901  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1902  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1903  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1904  *                              should not be exclusive busy
1905  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1906  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1907  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1908  */
1909 vm_page_t
1910 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1911 {
1912
1913         return (vm_page_alloc_after(object, pindex, req, object != NULL ?
1914             vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) : NULL));
1915 }
1916
1917 vm_page_t
1918 vm_page_alloc_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1919     int req)
1920 {
1921
1922         return (vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1923             object != NULL ? vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) :
1924             NULL));
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Allocate a page in the specified object with the given page index.  To
1929  * optimize insertion of the page into the object, the caller must also specifiy
1930  * the resident page in the object with largest index smaller than the given
1931  * page index, or NULL if no such page exists.
1932  */
1933 vm_page_t
1934 vm_page_alloc_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1935     int req, vm_page_t mpred)
1936 {
1937         struct vm_domainset_iter di;
1938         vm_page_t m;
1939         int domain;
1940
1941         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, pindex, &domain, &req);
1942         do {
1943                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1944                     mpred);
1945                 if (m != NULL)
1946                         break;
1947         } while (vm_domainset_iter_page(&di, object, &domain) == 0);
1948
1949         return (m);
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Returns true if the number of free pages exceeds the minimum
1954  * for the request class and false otherwise.
1955  */
1956 static int
1957 _vm_domain_allocate(struct vm_domain *vmd, int req_class, int npages)
1958 {
1959         u_int limit, old, new;
1960
1961         if (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT)
1962                 limit = 0;
1963         else if (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM)
1964                 limit = vmd->vmd_interrupt_free_min;
1965         else
1966                 limit = vmd->vmd_free_reserved;
1967
1968         /*
1969          * Attempt to reserve the pages.  Fail if we're below the limit.
1970          */
1971         limit += npages;
1972         old = vmd->vmd_free_count;
1973         do {
1974                 if (old < limit)
1975                         return (0);
1976                 new = old - npages;
1977         } while (atomic_fcmpset_int(&vmd->vmd_free_count, &old, new) == 0);
1978
1979         /* Wake the page daemon if we've crossed the threshold. */
1980         if (vm_paging_needed(vmd, new) && !vm_paging_needed(vmd, old))
1981                 pagedaemon_wakeup(vmd->vmd_domain);
1982
1983         /* Only update bitsets on transitions. */
1984         if ((old >= vmd->vmd_free_min && new < vmd->vmd_free_min) ||
1985             (old >= vmd->vmd_free_severe && new < vmd->vmd_free_severe))
1986                 vm_domain_set(vmd);
1987
1988         return (1);
1989 }
1990
1991 int
1992 vm_domain_allocate(struct vm_domain *vmd, int req, int npages)
1993 {
1994         int req_class;
1995
1996         /*
1997          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1998          */
1999         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2000         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2001                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2002         return (_vm_domain_allocate(vmd, req_class, npages));
2003 }
2004
2005 vm_page_t
2006 vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
2007     int req, vm_page_t mpred)
2008 {
2009         struct vm_domain *vmd;
2010         vm_page_t m;
2011         int flags, pool;
2012
2013         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
2014             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
2015             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
2016             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
2017             ("inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
2018         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
2019             ("Can't sleep and retry object insertion."));
2020         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex < pindex,
2021             ("mpred %p doesn't precede pindex 0x%jx", mpred,
2022             (uintmax_t)pindex));
2023         if (object != NULL)
2024                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2025
2026         flags = 0;
2027         m = NULL;
2028         pool = object != NULL ? VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT;
2029 again:
2030 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2031         /*
2032          * Can we allocate the page from a reservation?
2033          */
2034         if (vm_object_reserv(object) &&
2035             (m = vm_reserv_alloc_page(object, pindex, domain, req, mpred)) !=
2036             NULL) {
2037                 goto found;
2038         }
2039 #endif
2040         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2041         if (vmd->vmd_pgcache[pool].zone != NULL) {
2042                 m = uma_zalloc(vmd->vmd_pgcache[pool].zone, M_NOWAIT | M_NOVM);
2043                 if (m != NULL) {
2044                         flags |= PG_PCPU_CACHE;
2045                         goto found;
2046                 }
2047         }
2048         if (vm_domain_allocate(vmd, req, 1)) {
2049                 /*
2050                  * If not, allocate it from the free page queues.
2051                  */
2052                 vm_domain_free_lock(vmd);
2053                 m = vm_phys_alloc_pages(domain, pool, 0);
2054                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2055                 if (m == NULL) {
2056                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
2057 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2058                         if (vm_reserv_reclaim_inactive(domain))
2059                                 goto again;
2060 #endif
2061                 }
2062         }
2063         if (m == NULL) {
2064                 /*
2065                  * Not allocatable, give up.
2066                  */
2067                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, object, req))
2068                         goto again;
2069                 return (NULL);
2070         }
2071
2072         /*
2073          * At this point we had better have found a good page.
2074          */
2075 found:
2076         vm_page_dequeue(m);
2077         vm_page_alloc_check(m);
2078
2079         /*
2080          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
2081          */
2082         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
2083                 flags |= (m->flags & PG_ZERO);
2084         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
2085                 flags |= PG_NODUMP;
2086         m->flags = flags;
2087         m->a.flags = 0;
2088         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
2089             VPO_UNMANAGED : 0;
2090         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
2091                 m->busy_lock = VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE;
2092         else if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
2093                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
2094         else
2095                 m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2096         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
2097                 vm_wire_add(1);
2098                 m->ref_count = 1;
2099         }
2100         m->a.act_count = 0;
2101
2102         if (object != NULL) {
2103                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
2104                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
2105                                 vm_wire_sub(1);
2106                                 m->ref_count = 0;
2107                         }
2108                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
2109                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2110                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2111                         /* Don't change PG_ZERO. */
2112                         vm_page_free_toq(m);
2113                         if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
2114                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2115                                 vm_radix_wait();
2116                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2117                         }
2118                         return (NULL);
2119                 }
2120
2121                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
2122                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2123                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
2124                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
2125         } else
2126                 m->pindex = pindex;
2127
2128         return (m);
2129 }
2130
2131 /*
2132  *      vm_page_alloc_contig:
2133  *
2134  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
2135  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
2136  *      the given physical address "low" and below the given physical address
2137  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
2138  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
2139  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
2140  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
2141  *      and "boundary" must be a power of two.
2142  *
2143  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
2144  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
2145  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
2146  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
2147  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
2148  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
2149  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
2150  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
2151  *
2152  *      The specified object may not contain fictitious pages.
2153  *
2154  *      The caller must always specify an allocation class.
2155  *
2156  *      allocation classes:
2157  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2158  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2159  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2160  *
2161  *      optional allocation flags:
2162  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
2163  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
2164  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
2165  *                              should not be exclusive busy
2166  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
2167  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
2168  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
2169  */
2170 vm_page_t
2171 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
2172     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
2173     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
2174 {
2175         struct vm_domainset_iter di;
2176         vm_page_t m;
2177         int domain;
2178
2179         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, pindex, &domain, &req);
2180         do {
2181                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, req,
2182                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
2183                 if (m != NULL)
2184                         break;
2185         } while (vm_domainset_iter_page(&di, object, &domain) == 0);
2186
2187         return (m);
2188 }
2189
2190 static vm_page_t
2191 vm_page_find_contig_domain(int domain, int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
2192     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2193 {
2194         struct vm_domain *vmd;
2195         vm_page_t m_ret;
2196
2197         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2198         if (!vm_domain_allocate(vmd, req, npages))
2199                 return (NULL);
2200         /*
2201          * Try to allocate the pages from the free page queues.
2202          */
2203         vm_domain_free_lock(vmd);
2204         m_ret = vm_phys_alloc_contig(domain, npages, low, high,
2205             alignment, boundary);
2206         vm_domain_free_unlock(vmd);
2207         if (m_ret != NULL)
2208                 return (m_ret);
2209 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2210         /*
2211          * Try to break a reservation to allocate the pages.
2212          */
2213         if ((m_ret = vm_reserv_reclaim_contig(domain, npages, low,
2214             high, alignment, boundary)) != NULL)
2215                 return (m_ret);
2216 #endif
2217         vm_domain_freecnt_inc(vmd, npages);
2218         return (NULL);
2219 }
2220
2221 vm_page_t
2222 vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
2223     int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
2224     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
2225 {
2226         vm_page_t m, m_ret, mpred;
2227         u_int busy_lock, flags, oflags;
2228
2229         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
2230         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
2231             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
2232             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
2233             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
2234             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
2235             req));
2236         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
2237             ("Can't sleep and retry object insertion."));
2238         if (object != NULL) {
2239                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2240                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
2241                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
2242                     object));
2243         }
2244         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
2245
2246         if (object != NULL) {
2247                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
2248                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
2249                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
2250         }
2251
2252         /*
2253          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
2254          * below the lower bound for the allocation class?
2255          */
2256         for (;;) {
2257 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2258                 /*
2259                  * Can we allocate the pages from a reservation?
2260                  */
2261                 if (vm_object_reserv(object) &&
2262                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, domain, req,
2263                     mpred, npages, low, high, alignment, boundary)) != NULL) {
2264                         break;
2265                 }
2266 #endif
2267                 if ((m_ret = vm_page_find_contig_domain(domain, req, npages,
2268                     low, high, alignment, boundary)) != NULL)
2269                         break;
2270                 if (!vm_domain_alloc_fail(VM_DOMAIN(domain), object, req))
2271                         return (NULL);
2272         }
2273         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2274                 vm_page_dequeue(m);
2275                 vm_page_alloc_check(m);
2276         }
2277
2278         /*
2279          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
2280          */
2281         flags = 0;
2282         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
2283                 flags = PG_ZERO;
2284         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
2285                 flags |= PG_NODUMP;
2286         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
2287             VPO_UNMANAGED : 0;
2288         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
2289                 busy_lock = VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE;
2290         else if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
2291                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
2292         else
2293                 busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2294         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2295                 vm_wire_add(npages);
2296         if (object != NULL) {
2297                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2298                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
2299                         memattr = object->memattr;
2300         }
2301         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2302                 m->a.flags = 0;
2303                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
2304                 m->busy_lock = busy_lock;
2305                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2306                         m->ref_count = 1;
2307                 m->a.act_count = 0;
2308                 m->oflags = oflags;
2309                 if (object != NULL) {
2310                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
2311                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2312                                         vm_wire_sub(npages);
2313                                 KASSERT(m->object == NULL,
2314                                     ("page %p has object", m));
2315                                 mpred = m;
2316                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2317                                         if (m <= mpred &&
2318                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2319                                                 m->ref_count = 0;
2320                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2321                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2322                                         /* Don't change PG_ZERO. */
2323                                         vm_page_free_toq(m);
2324                                 }
2325                                 if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
2326                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2327                                         vm_radix_wait();
2328                                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2329                                 }
2330                                 return (NULL);
2331                         }
2332                         mpred = m;
2333                 } else
2334                         m->pindex = pindex;
2335                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2336                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
2337                 pindex++;
2338         }
2339         return (m_ret);
2340 }
2341
2342 /*
2343  * Allocate a physical page that is not intended to be inserted into a VM
2344  * object.  If the "freelist" parameter is not equal to VM_NFREELIST, then only
2345  * pages from the specified vm_phys freelist will be returned.
2346  */
2347 static __always_inline vm_page_t
2348 _vm_page_alloc_noobj_domain(int domain, const int freelist, int req)
2349 {
2350         struct vm_domain *vmd;
2351         vm_page_t m;
2352         int flags;
2353
2354         KASSERT((req & (VM_ALLOC_SBUSY | VM_ALLOC_IGN_SBUSY |
2355             VM_ALLOC_NOOBJ)) == 0,
2356             ("%s: invalid req %#x", __func__, req));
2357
2358         flags = (req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0 ? PG_NODUMP : 0;
2359         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2360 again:
2361         if (freelist == VM_NFREELIST &&
2362             vmd->vmd_pgcache[VM_FREEPOOL_DIRECT].zone != NULL) {
2363                 m = uma_zalloc(vmd->vmd_pgcache[VM_FREEPOOL_DIRECT].zone,
2364                     M_NOWAIT | M_NOVM);
2365                 if (m != NULL) {
2366                         flags |= PG_PCPU_CACHE;
2367                         goto found;
2368                 }
2369         }
2370
2371         if (vm_domain_allocate(vmd, req, 1)) {
2372                 vm_domain_free_lock(vmd);
2373                 if (freelist == VM_NFREELIST)
2374                         m = vm_phys_alloc_pages(domain, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
2375                 else
2376                         m = vm_phys_alloc_freelist_pages(domain, freelist,
2377                             VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
2378                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2379                 if (m == NULL) {
2380                         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
2381 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2382                         if (freelist == VM_NFREELIST &&
2383                             vm_reserv_reclaim_inactive(domain))
2384                                 goto again;
2385 #endif
2386                 }
2387         }
2388         if (m == NULL) {
2389                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, NULL, req))
2390                         goto again;
2391                 return (NULL);
2392         }
2393
2394 found:
2395         vm_page_dequeue(m);
2396         vm_page_alloc_check(m);
2397
2398         /* Consumers should not rely on a useful default pindex value. */
2399         m->pindex = 0xdeadc0dedeadc0de;
2400         m->flags = (m->flags & PG_ZERO) | flags;
2401         m->a.flags = 0;
2402         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2403         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2404         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2405                 vm_wire_add(1);
2406                 m->ref_count = 1;
2407         }
2408
2409         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0 && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
2410                 pmap_zero_page(m);
2411
2412         return (m);
2413 }
2414
2415 vm_page_t
2416 vm_page_alloc_freelist(int freelist, int req)
2417 {
2418         struct vm_domainset_iter di;
2419         vm_page_t m;
2420         int domain;
2421
2422         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
2423         do {
2424                 m = vm_page_alloc_freelist_domain(domain, freelist, req);
2425                 if (m != NULL)
2426                         break;
2427         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
2428
2429         return (m);
2430 }
2431
2432 vm_page_t
2433 vm_page_alloc_freelist_domain(int domain, int freelist, int req)
2434 {
2435         KASSERT(freelist >= 0 && freelist < VM_NFREELIST,
2436             ("%s: invalid freelist %d", __func__, freelist));
2437
2438         return (_vm_page_alloc_noobj_domain(domain, freelist, req));
2439 }
2440
2441 vm_page_t
2442 vm_page_alloc_noobj(int req)
2443 {
2444         struct vm_domainset_iter di;
2445         vm_page_t m;
2446         int domain;
2447
2448         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
2449         do {
2450                 m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, req);
2451                 if (m != NULL)
2452                         break;
2453         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
2454
2455         return (m);
2456 }
2457
2458 vm_page_t
2459 vm_page_alloc_noobj_domain(int domain, int req)
2460 {
2461         return (_vm_page_alloc_noobj_domain(domain, VM_NFREELIST, req));
2462 }
2463
2464 vm_page_t
2465 vm_page_alloc_noobj_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
2466     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
2467     vm_memattr_t memattr)
2468 {
2469         struct vm_domainset_iter di;
2470         vm_page_t m;
2471         int domain;
2472
2473         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
2474         do {
2475                 m = vm_page_alloc_noobj_contig_domain(domain, req, npages, low,
2476                     high, alignment, boundary, memattr);
2477                 if (m != NULL)
2478                         break;
2479         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
2480
2481         return (m);
2482 }
2483
2484 vm_page_t
2485 vm_page_alloc_noobj_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
2486     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
2487     vm_memattr_t memattr)
2488 {
2489         vm_page_t m;
2490         u_long i;
2491
2492         KASSERT((req & (VM_ALLOC_SBUSY | VM_ALLOC_IGN_SBUSY |
2493             VM_ALLOC_NOOBJ)) == 0,
2494             ("%s: invalid req %#x", __func__, req));
2495
2496         m = vm_page_alloc_contig_domain(NULL, 0, domain, req | VM_ALLOC_NOOBJ,
2497             npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
2498         if (m != NULL && (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0) {
2499                 for (i = 0; i < npages; i++) {
2500                         if ((m[i].flags & PG_ZERO) == 0)
2501                                 pmap_zero_page(&m[i]);
2502                 }
2503         }
2504         return (m);
2505 }
2506
2507 /*
2508  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
2509  */
2510 static void
2511 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
2512 {
2513
2514         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
2515         KASSERT(m->a.queue == PQ_NONE &&
2516             (m->a.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
2517             ("page %p has unexpected queue %d, flags %#x",
2518             m, m->a.queue, (m->a.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK)));
2519         KASSERT(m->ref_count == 0, ("page %p has references", m));
2520         KASSERT(vm_page_busy_freed(m), ("page %p is not freed", m));
2521         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
2522         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
2523             ("page %p has unexpected memattr %d",
2524             m, pmap_page_get_memattr(m)));
2525         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
2526         pmap_vm_page_alloc_check(m);
2527 }
2528
2529 static int
2530 vm_page_zone_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain, int flags)
2531 {
2532         struct vm_domain *vmd;
2533         struct vm_pgcache *pgcache;
2534         int i;
2535
2536         pgcache = arg;
2537         vmd = VM_DOMAIN(pgcache->domain);
2538
2539         /*
2540          * The page daemon should avoid creating extra memory pressure since its
2541          * main purpose is to replenish the store of free pages.
2542          */
2543         if (vmd->vmd_severeset || curproc == pageproc ||
2544             !_vm_domain_allocate(vmd, VM_ALLOC_NORMAL, cnt))
2545                 return (0);
2546         domain = vmd->vmd_domain;
2547         vm_domain_free_lock(vmd);
2548         i = vm_phys_alloc_npages(domain, pgcache->pool, cnt,
2549             (vm_page_t *)store);
2550         vm_domain_free_unlock(vmd);
2551         if (cnt != i)
2552                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt - i);
2553
2554         return (i);
2555 }
2556
2557 static void
2558 vm_page_zone_release(void *arg, void **store, int cnt)
2559 {
2560         struct vm_domain *vmd;
2561         struct vm_pgcache *pgcache;
2562         vm_page_t m;
2563         int i;
2564
2565         pgcache = arg;
2566         vmd = VM_DOMAIN(pgcache->domain);
2567         vm_domain_free_lock(vmd);
2568         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2569                 m = (vm_page_t)store[i];
2570                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2571         }
2572         vm_domain_free_unlock(vmd);
2573         vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt);
2574 }
2575
2576 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
2577 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
2578 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
2579
2580 /*
2581  *      vm_page_scan_contig:
2582  *
2583  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
2584  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
2585  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
2586  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
2587  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
2588  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
2589  *      multiple of "boundary".
2590  *
2591  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
2592  *      structure within vm_page_array[].
2593  *
2594  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
2595  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
2596  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
2597  */
2598 vm_page_t
2599 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
2600     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
2601 {
2602         vm_object_t object;
2603         vm_paddr_t pa;
2604         vm_page_t m, m_run;
2605 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2606         int level;
2607 #endif
2608         int m_inc, order, run_ext, run_len;
2609
2610         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2611         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2612         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2613         m_run = NULL;
2614         run_len = 0;
2615         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
2616                 KASSERT((m->flags & PG_MARKER) == 0,
2617                     ("page %p is PG_MARKER", m));
2618                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 || m->ref_count >= 1,
2619                     ("fictitious page %p has invalid ref count", m));
2620
2621                 /*
2622                  * If the current page would be the start of a run, check its
2623                  * physical address against the end, alignment, and boundary
2624                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
2625                  * terminate the scan or advance to the next page that
2626                  * satisfies the failed condition.
2627                  */
2628                 if (run_len == 0) {
2629                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
2630                         if (m + npages > m_end)
2631                                 break;
2632                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2633                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
2634                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
2635                                 continue;
2636                         }
2637                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
2638                             boundary) != 0) {
2639                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
2640                                 continue;
2641                         }
2642                 } else
2643                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
2644
2645 retry:
2646                 m_inc = 1;
2647                 if (vm_page_wired(m))
2648                         run_ext = 0;
2649 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2650                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2651                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2652                         run_ext = 0;
2653                         /* Advance to the end of the reservation. */
2654                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2655                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2656                             pa);
2657                 }
2658 #endif
2659                 else if ((object = atomic_load_ptr(&m->object)) != NULL) {
2660                         /*
2661                          * The page is considered eligible for relocation if
2662                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2663                          * the page daemon.
2664                          */
2665                         VM_OBJECT_RLOCK(object);
2666                         if (object != m->object) {
2667                                 VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2668                                 goto retry;
2669                         }
2670                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2671                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2672                             (object->flags & OBJ_SWAP) == 0 &&
2673                             object->type != OBJT_VNODE) {
2674                                 run_ext = 0;
2675 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2676                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2677                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2678                                 run_ext = 0;
2679                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2680                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2681                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2682                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2683 #endif
2684                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2685                             vm_page_queue(m) != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2686                                 /*
2687                                  * The page is allocated but eligible for
2688                                  * relocation.  Extend the current run by one
2689                                  * page.
2690                                  */
2691                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2692                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2693                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2694                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2695                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2696                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2697                                 /* Don't care: PGA_NOSYNC. */
2698                                 run_ext = 1;
2699                         } else
2700                                 run_ext = 0;
2701                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2702 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2703                 } else if (level >= 0) {
2704                         /*
2705                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2706                          * other words, it is still free.  Extend the current
2707                          * run by one page.
2708                          */
2709                         run_ext = 1;
2710 #endif
2711                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2712                         /*
2713                          * The page is enqueued in the physical memory
2714                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2715                          * first page in a power-of-two-sized run of
2716                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2717                          * of the current run, and jump ahead.
2718                          */
2719                         run_ext = 1 << order;
2720                         m_inc = 1 << order;
2721                 } else {
2722                         /*
2723                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2724                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2725                          * free page queues.  However, it is not the first
2726                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2727                          * rarely occurs because the scan is performed in
2728                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2729                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2730                          * the transition from allocated to free for managed
2731                          * pages is blocked by the page busy lock.) (3) It is
2732                          * allocated but not contained by an object and not
2733                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2734                          */
2735                         run_ext = 0;
2736                 }
2737
2738                 /*
2739                  * Extend or reset the current run of pages.
2740                  */
2741                 if (run_ext > 0) {
2742                         if (run_len == 0)
2743                                 m_run = m;
2744                         run_len += run_ext;
2745                 } else {
2746                         if (run_len > 0) {
2747                                 m_run = NULL;
2748                                 run_len = 0;
2749                         }
2750                 }
2751         }
2752         if (run_len >= npages)
2753                 return (m_run);
2754         return (NULL);
2755 }
2756
2757 /*
2758  *      vm_page_reclaim_run:
2759  *
2760  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2761  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2762  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2763  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2764  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2765  *      physical address above "high".
2766  *
2767  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2768  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2769  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2770  *      unsuccessful.
2771  *
2772  *      "req_class" must be an allocation class.
2773  */
2774 static int
2775 vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages, vm_page_t m_run,
2776     vm_paddr_t high)
2777 {
2778         struct vm_domain *vmd;
2779         struct spglist free;
2780         vm_object_t object;
2781         vm_paddr_t pa;
2782         vm_page_t m, m_end, m_new;
2783         int error, order, req;
2784
2785         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2786             ("req_class is not an allocation class"));
2787         SLIST_INIT(&free);
2788         error = 0;
2789         m = m_run;
2790         m_end = m_run + npages;
2791         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2792                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2793                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2794
2795                 /*
2796                  * Racily check for wirings.  Races are handled once the object
2797                  * lock is held and the page is unmapped.
2798                  */
2799                 if (vm_page_wired(m))
2800                         error = EBUSY;
2801                 else if ((object = atomic_load_ptr(&m->object)) != NULL) {
2802                         /*
2803                          * The page is relocated if and only if it could be
2804                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2805                          */
2806                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2807                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2808                         if (m->object != object ||
2809                             (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2810                             (object->flags & OBJ_SWAP) == 0 &&
2811                             object->type != OBJT_VNODE))
2812                                 error = EINVAL;
2813                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2814                                 error = EINVAL;
2815                         else if (vm_page_queue(m) != PQ_NONE &&
2816                             vm_page_tryxbusy(m) != 0) {
2817                                 if (vm_page_wired(m)) {
2818                                         vm_page_xunbusy(m);
2819                                         error = EBUSY;
2820                                         goto unlock;
2821                                 }
2822                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2823                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2824                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2825                                 KASSERT(m->oflags == 0,
2826                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2827                                 /* Don't care: PGA_NOSYNC. */
2828                                 if (!vm_page_none_valid(m)) {
2829                                         /*
2830                                          * First, try to allocate a new page
2831                                          * that is above "high".  Failing
2832                                          * that, try to allocate a new page
2833                                          * that is below "m_run".  Allocate
2834                                          * the new page between the end of
2835                                          * "m_run" and "high" only as a last
2836                                          * resort.
2837                                          */
2838                                         req = req_class;
2839                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2840                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2841                                         if (trunc_page(high) !=
2842                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2843                                                 m_new =
2844                                                     vm_page_alloc_noobj_contig(
2845                                                     req, 1, round_page(high),
2846                                                     ~(vm_paddr_t)0, PAGE_SIZE,
2847                                                     0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2848                                         } else
2849                                                 m_new = NULL;
2850                                         if (m_new == NULL) {
2851                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2852                                                 m_new =
2853                                                     vm_page_alloc_noobj_contig(
2854                                                     req, 1, 0, pa - 1,
2855                                                     PAGE_SIZE, 0,
2856                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2857                                         }
2858                                         if (m_new == NULL) {
2859                                                 pa += ptoa(npages);
2860                                                 m_new =
2861                                                     vm_page_alloc_noobj_contig(
2862                                                     req, 1, pa, high, PAGE_SIZE,
2863                                                     0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2864                                         }
2865                                         if (m_new == NULL) {
2866                                                 vm_page_xunbusy(m);
2867                                                 error = ENOMEM;
2868                                                 goto unlock;
2869                                         }
2870
2871                                         /*
2872                                          * Unmap the page and check for new
2873                                          * wirings that may have been acquired
2874                                          * through a pmap lookup.
2875                                          */
2876                                         if (object->ref_count != 0 &&
2877                                             !vm_page_try_remove_all(m)) {
2878                                                 vm_page_xunbusy(m);
2879                                                 vm_page_free(m_new);
2880                                                 error = EBUSY;
2881                                                 goto unlock;
2882                                         }
2883
2884                                         /*
2885                                          * Replace "m" with the new page.  For
2886                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2887                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2888                                          * as if vm_page_free() was called.
2889                                          */
2890                                         m_new->a.flags = m->a.flags &
2891                                             ~PGA_QUEUE_STATE_MASK;
2892                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2893                                             ("page %p is managed", m_new));
2894                                         m_new->oflags = 0;
2895                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2896                                         m_new->valid = m->valid;
2897                                         m_new->dirty = m->dirty;
2898                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2899                                         vm_page_dequeue(m);
2900                                         if (vm_page_replace_hold(m_new, object,
2901                                             m->pindex, m) &&
2902                                             vm_page_free_prep(m))
2903                                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m,
2904                                                     plinks.s.ss);
2905
2906                                         /*
2907                                          * The new page must be deactivated
2908                                          * before the object is unlocked.
2909                                          */
2910                                         vm_page_deactivate(m_new);
2911                                 } else {
2912                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2913                                         vm_page_dequeue(m);
2914                                         if (vm_page_free_prep(m))
2915                                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m,
2916                                                     plinks.s.ss);
2917                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2918                                             ("page %p is dirty", m));
2919                                 }
2920                         } else
2921                                 error = EBUSY;
2922 unlock:
2923                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2924                 } else {
2925                         MPASS(vm_page_domain(m) == domain);
2926                         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2927                         vm_domain_free_lock(vmd);
2928                         order = m->order;
2929                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2930                                 /*
2931                                  * The page is enqueued in the physical memory
2932                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2933                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2934                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2935                                  * to the last page within that run, and
2936                                  * continue from there.
2937                                  */
2938                                 m += (1 << order) - 1;
2939                         }
2940 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2941                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2942                                 order = 0;
2943 #endif
2944                         vm_domain_free_unlock(vmd);
2945                         if (order == VM_NFREEORDER)
2946                                 error = EINVAL;
2947                 }
2948         }
2949         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2950                 int cnt;
2951
2952                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
2953                 cnt = 0;
2954                 vm_domain_free_lock(vmd);
2955                 do {
2956                         MPASS(vm_page_domain(m) == domain);
2957                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2958                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2959                         cnt++;
2960                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2961                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2962                 vm_domain_freecnt_inc(vmd, cnt);
2963         }
2964         return (error);
2965 }
2966
2967 #define NRUNS   16
2968
2969 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2970
2971 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2972
2973 #define MIN_RECLAIM     8
2974
2975 /*
2976  *      vm_page_reclaim_contig:
2977  *
2978  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2979  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2980  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2981  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2982  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2983  *      are expected to perform vm_wait() before retrying a failed allocation
2984  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2985  *
2986  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2987  *
2988  *      allocation classes:
2989  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2990  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2991  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2992  *
2993  *      The optional allocation flags are ignored.
2994  *
2995  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2996  *      must be a power of two.
2997  */
2998 bool
2999 vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
3000     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
3001 {
3002         struct vm_domain *vmd;
3003         vm_paddr_t curr_low;
3004         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
3005         u_long count, minalign, reclaimed;
3006         int error, i, options, req_class;
3007
3008         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
3009         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
3010         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
3011
3012         /*
3013          * The caller will attempt an allocation after some runs have been
3014          * reclaimed and added to the vm_phys buddy lists.  Due to limitations
3015          * of vm_phys_alloc_contig(), round up the requested length to the next
3016          * power of two or maximum chunk size, and ensure that each run is
3017          * suitably aligned.
3018          */
3019         minalign = 1ul << imin(flsl(npages - 1), VM_NFREEORDER - 1);
3020         npages = roundup2(npages, minalign);
3021         if (alignment < ptoa(minalign))
3022                 alignment = ptoa(minalign);
3023
3024         /*
3025          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
3026          */
3027         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
3028         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
3029                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
3030
3031         /*
3032          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
3033          * allocation.
3034          */
3035         vmd = VM_DOMAIN(domain);
3036         count = vmd->vmd_free_count;
3037         if (count < npages + vmd->vmd_free_reserved || (count < npages +
3038             vmd->vmd_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
3039             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
3040                 return (false);
3041
3042         /*
3043          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
3044          * the reclamation of reservations and superpages each time.
3045          */
3046         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
3047                 /*
3048                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
3049                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
3050                  */
3051                 curr_low = low;
3052                 count = 0;
3053                 for (;;) {
3054                         m_run = vm_phys_scan_contig(domain, npages, curr_low,
3055                             high, alignment, boundary, options);
3056                         if (m_run == NULL)
3057                                 break;
3058                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
3059                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
3060                         count++;
3061                 }
3062
3063                 /*
3064                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
3065                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
3066                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
3067                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
3068                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
3069                  */
3070                 reclaimed = 0;
3071                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
3072                         count--;
3073                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
3074                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, domain, npages,
3075                             m_run, high);
3076                         if (error == 0) {
3077                                 reclaimed += npages;
3078                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
3079                                         return (true);
3080                         }
3081                 }
3082
3083                 /*
3084                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
3085                  * the last scan had no restrictions.
3086                  */
3087                 if (options == VPSC_NORESERV)
3088                         options = VPSC_NOSUPER;
3089                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
3090                         options = VPSC_ANY;
3091                 else if (options == VPSC_ANY)
3092                         return (reclaimed != 0);
3093         }
3094 }
3095
3096 bool
3097 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
3098     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
3099 {
3100         struct vm_domainset_iter di;
3101         int domain;
3102         bool ret;
3103
3104         vm_domainset_iter_page_init(&di, NULL, 0, &domain, &req);
3105         do {
3106                 ret = vm_page_reclaim_contig_domain(domain, req, npages, low,
3107                     high, alignment, boundary);
3108                 if (ret)
3109                         break;
3110         } while (vm_domainset_iter_page(&di, NULL, &domain) == 0);
3111
3112         return (ret);
3113 }
3114
3115 /*
3116  * Set the domain in the appropriate page level domainset.
3117  */
3118 void
3119 vm_domain_set(struct vm_domain *vmd)
3120 {
3121
3122         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3123         if (!vmd->vmd_minset && vm_paging_min(vmd)) {
3124                 vmd->vmd_minset = 1;
3125                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
3126         }
3127         if (!vmd->vmd_severeset && vm_paging_severe(vmd)) {
3128                 vmd->vmd_severeset = 1;
3129                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
3130         }
3131         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Clear the domain from the appropriate page level domainset.
3136  */
3137 void
3138 vm_domain_clear(struct vm_domain *vmd)
3139 {
3140
3141         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3142         if (vmd->vmd_minset && !vm_paging_min(vmd)) {
3143                 vmd->vmd_minset = 0;
3144                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
3145                 if (vm_min_waiters != 0) {
3146                         vm_min_waiters = 0;
3147                         wakeup(&vm_min_domains);
3148                 }
3149         }
3150         if (vmd->vmd_severeset && !vm_paging_severe(vmd)) {
3151                 vmd->vmd_severeset = 0;
3152                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
3153                 if (vm_severe_waiters != 0) {
3154                         vm_severe_waiters = 0;
3155                         wakeup(&vm_severe_domains);
3156                 }
3157         }
3158
3159         /*
3160          * If pageout daemon needs pages, then tell it that there are
3161          * some free.
3162          */
3163         if (vmd->vmd_pageout_pages_needed &&
3164             vmd->vmd_free_count >= vmd->vmd_pageout_free_min) {
3165                 wakeup(&vmd->vmd_pageout_pages_needed);
3166                 vmd->vmd_pageout_pages_needed = 0;
3167         }
3168
3169         /* See comments in vm_wait_doms(). */
3170         if (vm_pageproc_waiters) {
3171                 vm_pageproc_waiters = 0;
3172                 wakeup(&vm_pageproc_waiters);
3173         }
3174         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3175 }
3176
3177 /*
3178  * Wait for free pages to exceed the min threshold globally.
3179  */
3180 void
3181 vm_wait_min(void)
3182 {
3183
3184         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3185         while (vm_page_count_min()) {
3186                 vm_min_waiters++;
3187                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PVM, "vmwait", 0);
3188         }
3189         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3190 }
3191
3192 /*
3193  * Wait for free pages to exceed the severe threshold globally.
3194  */
3195 void
3196 vm_wait_severe(void)
3197 {
3198
3199         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3200         while (vm_page_count_severe()) {
3201                 vm_severe_waiters++;
3202                 msleep(&vm_severe_domains, &vm_domainset_lock, PVM,
3203                     "vmwait", 0);
3204         }
3205         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3206 }
3207
3208 u_int
3209 vm_wait_count(void)
3210 {
3211
3212         return (vm_severe_waiters + vm_min_waiters + vm_pageproc_waiters);
3213 }
3214
3215 int
3216 vm_wait_doms(const domainset_t *wdoms, int mflags)
3217 {
3218         int error;
3219
3220         error = 0;
3221
3222         /*
3223          * We use racey wakeup synchronization to avoid expensive global
3224          * locking for the pageproc when sleeping with a non-specific vm_wait.
3225          * To handle this, we only sleep for one tick in this instance.  It
3226          * is expected that most allocations for the pageproc will come from
3227          * kmem or vm_page_grab* which will use the more specific and
3228          * race-free vm_wait_domain().
3229          */
3230         if (curproc == pageproc) {
3231                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3232                 vm_pageproc_waiters++;
3233                 error = msleep(&vm_pageproc_waiters, &vm_domainset_lock,
3234                     PVM | PDROP | mflags, "pageprocwait", 1);
3235         } else {
3236                 /*
3237                  * XXX Ideally we would wait only until the allocation could
3238                  * be satisfied.  This condition can cause new allocators to
3239                  * consume all freed pages while old allocators wait.
3240                  */
3241                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3242                 if (vm_page_count_min_set(wdoms)) {
3243                         if (pageproc == NULL)
3244                                 panic("vm_wait in early boot");
3245                         vm_min_waiters++;
3246                         error = msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock,
3247                             PVM | PDROP | mflags, "vmwait", 0);
3248                 } else
3249                         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3250         }
3251         return (error);
3252 }
3253
3254 /*
3255  *      vm_wait_domain:
3256  *
3257  *      Sleep until free pages are available for allocation.
3258  *      - Called in various places after failed memory allocations.
3259  */
3260 void
3261 vm_wait_domain(int domain)
3262 {
3263         struct vm_domain *vmd;
3264         domainset_t wdom;
3265
3266         vmd = VM_DOMAIN(domain);
3267         vm_domain_free_assert_unlocked(vmd);
3268
3269         if (curproc == pageproc) {
3270                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3271                 if (vmd->vmd_free_count < vmd->vmd_pageout_free_min) {
3272                         vmd->vmd_pageout_pages_needed = 1;
3273                         msleep(&vmd->vmd_pageout_pages_needed,
3274                             &vm_domainset_lock, PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
3275                 } else
3276                         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3277         } else {
3278                 DOMAINSET_ZERO(&wdom);
3279                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &wdom);
3280                 vm_wait_doms(&wdom, 0);
3281         }
3282 }
3283
3284 static int
3285 vm_wait_flags(vm_object_t obj, int mflags)
3286 {
3287         struct domainset *d;
3288
3289         d = NULL;
3290
3291         /*
3292          * Carefully fetch pointers only once: the struct domainset
3293          * itself is ummutable but the pointer might change.
3294          */
3295         if (obj != NULL)
3296                 d = obj->domain.dr_policy;
3297         if (d == NULL)
3298                 d = curthread->td_domain.dr_policy;
3299
3300         return (vm_wait_doms(&d->ds_mask, mflags));
3301 }
3302
3303 /*
3304  *      vm_wait:
3305  *
3306  *      Sleep until free pages are available for allocation in the
3307  *      affinity domains of the obj.  If obj is NULL, the domain set
3308  *      for the calling thread is used.
3309  *      Called in various places after failed memory allocations.
3310  */
3311 void
3312 vm_wait(vm_object_t obj)
3313 {
3314         (void)vm_wait_flags(obj, 0);
3315 }
3316
3317 int
3318 vm_wait_intr(vm_object_t obj)
3319 {
3320         return (vm_wait_flags(obj, PCATCH));
3321 }
3322
3323 /*
3324  *      vm_domain_alloc_fail:
3325  *
3326  *      Called when a page allocation function fails.  Informs the
3327  *      pagedaemon and performs the requested wait.  Requires the
3328  *      domain_free and object lock on entry.  Returns with the
3329  *      object lock held and free lock released.  Returns an error when
3330  *      retry is necessary.
3331  *
3332  */
3333 static int
3334 vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object, int req)
3335 {
3336
3337         vm_domain_free_assert_unlocked(vmd);
3338
3339         atomic_add_int(&vmd->vmd_pageout_deficit,
3340             max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
3341         if (req & (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL)) {
3342                 if (object != NULL) 
3343                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3344                 vm_wait_domain(vmd->vmd_domain);
3345                 if (object != NULL) 
3346                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3347                 if (req & VM_ALLOC_WAITOK)
3348                         return (EAGAIN);
3349         }
3350
3351         return (0);
3352 }
3353
3354 /*
3355  *      vm_waitpfault:
3356  *
3357  *      Sleep until free pages are available for allocation.
3358  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
3359  *        can be easily tracked.
3360  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
3361  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
3362  *        this balance without careful testing first.
3363  */
3364 void
3365 vm_waitpfault(struct domainset *dset, int timo)
3366 {
3367
3368         /*
3369          * XXX Ideally we would wait only until the allocation could
3370          * be satisfied.  This condition can cause new allocators to
3371          * consume all freed pages while old allocators wait.
3372          */
3373         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
3374         if (vm_page_count_min_set(&dset->ds_mask)) {
3375                 vm_min_waiters++;
3376                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PUSER | PDROP,
3377                     "pfault", timo);
3378         } else
3379                 mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
3380 }
3381
3382 static struct vm_pagequeue *
3383 _vm_page_pagequeue(vm_page_t m, uint8_t queue)
3384 {
3385
3386         return (&vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[queue]);
3387 }
3388
3389 #ifdef INVARIANTS
3390 static struct vm_pagequeue *
3391 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
3392 {
3393
3394         return (_vm_page_pagequeue(m, vm_page_astate_load(m).queue));
3395 }
3396 #endif
3397
3398 static __always_inline bool
3399 vm_page_pqstate_fcmpset(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old, vm_page_astate_t new)
3400 {
3401         vm_page_astate_t tmp;
3402
3403         tmp = *old;
3404         do {
3405                 if (__predict_true(vm_page_astate_fcmpset(m, old, new)))
3406                         return (true);
3407                 counter_u64_add(pqstate_commit_retries, 1);
3408         } while (old->_bits == tmp._bits);
3409
3410         return (false);
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Do the work of committing a queue state update that moves the page out of
3415  * its current queue.
3416  */
3417 static bool
3418 _vm_page_pqstate_commit_dequeue(struct vm_pagequeue *pq, vm_page_t m,
3419     vm_page_astate_t *old, vm_page_astate_t new)
3420 {
3421         vm_page_t next;
3422
3423         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
3424         KASSERT(vm_page_pagequeue(m) == pq,
3425             ("%s: queue %p does not match page %p", __func__, pq, m));
3426         KASSERT(old->queue != PQ_NONE && new.queue != old->queue,
3427             ("%s: invalid queue indices %d %d",
3428             __func__, old->queue, new.queue));
3429
3430         /*
3431          * Once the queue index of the page changes there is nothing
3432          * synchronizing with further updates to the page's physical
3433          * queue state.  Therefore we must speculatively remove the page
3434          * from the queue now and be prepared to roll back if the queue
3435          * state update fails.  If the page is not physically enqueued then
3436          * we just update its queue index.
3437          */
3438         if ((old->flags & PGA_ENQUEUED) != 0) {
3439                 new.flags &= ~PGA_ENQUEUED;
3440                 next = TAILQ_NEXT(m, plinks.q);
3441                 TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3442                 vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
3443                 if (!vm_page_pqstate_fcmpset(m, old, new)) {
3444                         if (next == NULL)
3445                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3446                         else
3447                                 TAILQ_INSERT_BEFORE(next, m, plinks.q);
3448                         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
3449                         return (false);
3450                 } else {
3451                         return (true);
3452                 }
3453         } else {
3454                 return (vm_page_pqstate_fcmpset(m, old, new));
3455         }
3456 }
3457
3458 static bool
3459 vm_page_pqstate_commit_dequeue(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old,
3460     vm_page_astate_t new)
3461 {
3462         struct vm_pagequeue *pq;
3463         vm_page_astate_t as;
3464         bool ret;
3465
3466         pq = _vm_page_pagequeue(m, old->queue);
3467
3468         /*
3469          * The queue field and PGA_ENQUEUED flag are stable only so long as the
3470          * corresponding page queue lock is held.
3471          */
3472         vm_pagequeue_lock(pq);
3473         as = vm_page_astate_load(m);
3474         if (__predict_false(as._bits != old->_bits)) {
3475                 *old = as;
3476                 ret = false;
3477         } else {
3478                 ret = _vm_page_pqstate_commit_dequeue(pq, m, old, new);
3479         }
3480         vm_pagequeue_unlock(pq);
3481         return (ret);
3482 }
3483
3484 /*
3485  * Commit a queue state update that enqueues or requeues a page.
3486  */
3487 static bool
3488 _vm_page_pqstate_commit_requeue(struct vm_pagequeue *pq, vm_page_t m,
3489     vm_page_astate_t *old, vm_page_astate_t new)
3490 {
3491         struct vm_domain *vmd;
3492
3493         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
3494         KASSERT(old->queue != PQ_NONE && new.queue == old->queue,
3495             ("%s: invalid queue indices %d %d",
3496             __func__, old->queue, new.queue));
3497
3498         new.flags |= PGA_ENQUEUED;
3499         if (!vm_page_pqstate_fcmpset(m, old, new))
3500                 return (false);
3501
3502         if ((old->flags & PGA_ENQUEUED) != 0)
3503                 TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3504         else
3505                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
3506
3507         /*
3508          * Give PGA_REQUEUE_HEAD precedence over PGA_REQUEUE.  In particular, if
3509          * both flags are set in close succession, only PGA_REQUEUE_HEAD will be
3510          * applied, even if it was set first.
3511          */
3512         if ((old->flags & PGA_REQUEUE_HEAD) != 0) {
3513                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3514                 KASSERT(pq == &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE],
3515                     ("%s: invalid page queue for page %p", __func__, m));
3516                 TAILQ_INSERT_BEFORE(&vmd->vmd_inacthead, m, plinks.q);
3517         } else {
3518                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3519         }
3520         return (true);
3521 }
3522
3523 /*
3524  * Commit a queue state update that encodes a request for a deferred queue
3525  * operation.
3526  */
3527 static bool
3528 vm_page_pqstate_commit_request(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old,
3529     vm_page_astate_t new)
3530 {
3531
3532         KASSERT(old->queue == new.queue || new.queue != PQ_NONE,
3533             ("%s: invalid state, queue %d flags %x",
3534             __func__, new.queue, new.flags));
3535
3536         if (old->_bits != new._bits &&
3537             !vm_page_pqstate_fcmpset(m, old, new))
3538                 return (false);
3539         vm_page_pqbatch_submit(m, new.queue);
3540         return (true);
3541 }
3542
3543 /*
3544  * A generic queue state update function.  This handles more cases than the
3545  * specialized functions above.
3546  */
3547 bool
3548 vm_page_pqstate_commit(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old, vm_page_astate_t new)
3549 {
3550
3551         if (old->_bits == new._bits)
3552                 return (true);
3553
3554         if (old->queue != PQ_NONE && new.queue != old->queue) {
3555                 if (!vm_page_pqstate_commit_dequeue(m, old, new))
3556                         return (false);
3557                 if (new.queue != PQ_NONE)
3558                         vm_page_pqbatch_submit(m, new.queue);
3559         } else {
3560                 if (!vm_page_pqstate_fcmpset(m, old, new))
3561                         return (false);
3562                 if (new.queue != PQ_NONE &&
3563                     ((new.flags & ~old->flags) & PGA_QUEUE_OP_MASK) != 0)
3564                         vm_page_pqbatch_submit(m, new.queue);
3565         }
3566         return (true);
3567 }
3568
3569 /*
3570  * Apply deferred queue state updates to a page.
3571  */
3572 static inline void
3573 vm_pqbatch_process_page(struct vm_pagequeue *pq, vm_page_t m, uint8_t queue)
3574 {
3575         vm_page_astate_t new, old;
3576
3577         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3578         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
3579         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
3580             ("%s: invalid queue index %d", __func__, queue));
3581         KASSERT(pq == _vm_page_pagequeue(m, queue),
3582             ("%s: page %p does not belong to queue %p", __func__, m, pq));
3583
3584         for (old = vm_page_astate_load(m);;) {
3585                 if (__predict_false(old.queue != queue ||
3586                     (old.flags & PGA_QUEUE_OP_MASK) == 0)) {
3587                         counter_u64_add(queue_nops, 1);
3588                         break;
3589                 }
3590                 KASSERT(old.queue != PQ_NONE ||
3591                     (old.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3592                     ("%s: page %p has unexpected queue state", __func__, m));
3593
3594                 new = old;
3595                 if ((old.flags & PGA_DEQUEUE) != 0) {
3596                         new.flags &= ~PGA_QUEUE_OP_MASK;
3597                         new.queue = PQ_NONE;
3598                         if (__predict_true(_vm_page_pqstate_commit_dequeue(pq,
3599                             m, &old, new))) {
3600                                 counter_u64_add(queue_ops, 1);
3601                                 break;
3602                         }
3603                 } else {
3604                         new.flags &= ~(PGA_REQUEUE | PGA_REQUEUE_HEAD);
3605                         if (__predict_true(_vm_page_pqstate_commit_requeue(pq,
3606                             m, &old, new))) {
3607                                 counter_u64_add(queue_ops, 1);
3608                                 break;
3609                         }
3610                 }
3611         }
3612 }
3613
3614 static void
3615 vm_pqbatch_process(struct vm_pagequeue *pq, struct vm_batchqueue *bq,
3616     uint8_t queue)
3617 {
3618         int i;
3619
3620         for (i = 0; i < bq->bq_cnt; i++)
3621                 vm_pqbatch_process_page(pq, bq->bq_pa[i], queue);
3622         vm_batchqueue_init(bq);
3623 }
3624
3625 /*
3626  *      vm_page_pqbatch_submit:         [ internal use only ]
3627  *
3628  *      Enqueue a page in the specified page queue's batched work queue.
3629  *      The caller must have encoded the requested operation in the page
3630  *      structure's a.flags field.
3631  */
3632 void
3633 vm_page_pqbatch_submit(vm_page_t m, uint8_t queue)
3634 {
3635         struct vm_batchqueue *bq;
3636         struct vm_pagequeue *pq;
3637         int domain;
3638
3639         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3640             ("page %p is unmanaged", m));
3641         KASSERT(queue < PQ_COUNT, ("invalid queue %d", queue));
3642
3643         domain = vm_page_domain(m);
3644         critical_enter();
3645         bq = DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]);
3646         if (vm_batchqueue_insert(bq, m)) {
3647                 critical_exit();
3648                 return;
3649         }
3650         critical_exit();
3651
3652         pq = &VM_DOMAIN(domain)->vmd_pagequeues[queue];
3653         vm_pagequeue_lock(pq);
3654         critical_enter();
3655         bq = DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]);
3656         vm_pqbatch_process(pq, bq, queue);
3657         vm_pqbatch_process_page(pq, m, queue);
3658         vm_pagequeue_unlock(pq);
3659         critical_exit();
3660 }
3661
3662 /*
3663  *      vm_page_pqbatch_drain:          [ internal use only ]
3664  *
3665  *      Force all per-CPU page queue batch queues to be drained.  This is
3666  *      intended for use in severe memory shortages, to ensure that pages
3667  *      do not remain stuck in the batch queues.
3668  */
3669 void
3670 vm_page_pqbatch_drain(void)
3671 {
3672         struct thread *td;
3673         struct vm_domain *vmd;
3674         struct vm_pagequeue *pq;
3675         int cpu, domain, queue;
3676
3677         td = curthread;
3678         CPU_FOREACH(cpu) {
3679                 thread_lock(td);
3680                 sched_bind(td, cpu);
3681                 thread_unlock(td);
3682
3683                 for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
3684                         vmd = VM_DOMAIN(domain);
3685                         for (queue = 0; queue < PQ_COUNT; queue++) {
3686                                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[queue];
3687                                 vm_pagequeue_lock(pq);
3688                                 critical_enter();
3689                                 vm_pqbatch_process(pq,
3690                                     DPCPU_PTR(pqbatch[domain][queue]), queue);
3691                                 critical_exit();
3692                                 vm_pagequeue_unlock(pq);
3693                         }
3694                 }
3695         }
3696         thread_lock(td);
3697         sched_unbind(td);
3698         thread_unlock(td);
3699 }
3700
3701 /*
3702  *      vm_page_dequeue_deferred:       [ internal use only ]
3703  *
3704  *      Request removal of the given page from its current page
3705  *      queue.  Physical removal from the queue may be deferred
3706  *      indefinitely.
3707  */
3708 void
3709 vm_page_dequeue_deferred(vm_page_t m)
3710 {
3711         vm_page_astate_t new, old;
3712
3713         old = vm_page_astate_load(m);
3714         do {
3715                 if (old.queue == PQ_NONE) {
3716                         KASSERT((old.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3717                             ("%s: page %p has unexpected queue state",
3718                             __func__, m));
3719                         break;
3720                 }
3721                 new = old;
3722                 new.flags |= PGA_DEQUEUE;
3723         } while (!vm_page_pqstate_commit_request(m, &old, new));
3724 }
3725
3726 /*
3727  *      vm_page_dequeue:
3728  *
3729  *      Remove the page from whichever page queue it's in, if any, before
3730  *      returning.
3731  */
3732 void
3733 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
3734 {
3735         vm_page_astate_t new, old;
3736
3737         old = vm_page_astate_load(m);
3738         do {
3739                 if (old.queue == PQ_NONE) {
3740                         KASSERT((old.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3741                             ("%s: page %p has unexpected queue state",
3742                             __func__, m));
3743                         break;
3744                 }
3745                 new = old;
3746                 new.flags &= ~PGA_QUEUE_OP_MASK;
3747                 new.queue = PQ_NONE;
3748         } while (!vm_page_pqstate_commit_dequeue(m, &old, new));
3749
3750 }
3751
3752 /*
3753  * Schedule the given page for insertion into the specified page queue.
3754  * Physical insertion of the page may be deferred indefinitely.
3755  */
3756 static void
3757 vm_page_enqueue(vm_page_t m, uint8_t queue)
3758 {
3759
3760         KASSERT(m->a.queue == PQ_NONE &&
3761             (m->a.flags & PGA_QUEUE_STATE_MASK) == 0,
3762             ("%s: page %p is already enqueued", __func__, m));
3763         KASSERT(m->ref_count > 0,
3764             ("%s: page %p does not carry any references", __func__, m));
3765
3766         m->a.queue = queue;
3767         if ((m->a.flags & PGA_REQUEUE) == 0)
3768                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REQUEUE);
3769         vm_page_pqbatch_submit(m, queue);
3770 }
3771
3772 /*
3773  *      vm_page_free_prep:
3774  *
3775  *      Prepares the given page to be put on the free list,
3776  *      disassociating it from any VM object. The caller may return
3777  *      the page to the free list only if this function returns true.
3778  *
3779  *      The object, if it exists, must be locked, and then the page must
3780  *      be xbusy.  Otherwise the page must be not busied.  A managed
3781  *      page must be unmapped.
3782  */
3783 static bool
3784 vm_page_free_prep(vm_page_t m)
3785 {
3786
3787         /*
3788          * Synchronize with threads that have dropped a reference to this
3789          * page.
3790          */
3791         atomic_thread_fence_acq();
3792
3793 #if defined(DIAGNOSTIC) && defined(PHYS_TO_DMAP)
3794         if (PMAP_HAS_DMAP && (m->flags & PG_ZERO) != 0) {
3795                 uint64_t *p;
3796                 int i;
3797                 p = (uint64_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3798                 for (i = 0; i < PAGE_SIZE / sizeof(uint64_t); i++, p++)
3799                         KASSERT(*p == 0, ("vm_page_free_prep %p PG_ZERO %d %jx",
3800                             m, i, (uintmax_t)*p));
3801         }
3802 #endif
3803         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3804                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
3805                     ("vm_page_free_prep: freeing mapped page %p", m));
3806                 KASSERT((m->a.flags & (PGA_EXECUTABLE | PGA_WRITEABLE)) == 0,
3807                     ("vm_page_free_prep: mapping flags set in page %p", m));
3808         } else {
3809                 KASSERT(m->a.queue == PQ_NONE,
3810                     ("vm_page_free_prep: unmanaged page %p is queued", m));
3811         }
3812         VM_CNT_INC(v_tfree);
3813
3814         if (m->object != NULL) {
3815                 KASSERT(((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) ==
3816                     ((m->object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0),
3817                     ("vm_page_free_prep: managed flag mismatch for page %p",
3818                     m));
3819                 vm_page_assert_xbusied(m);
3820
3821                 /*
3822                  * The object reference can be released without an atomic
3823                  * operation.
3824                  */
3825                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3826                     m->ref_count == VPRC_OBJREF,
3827                     ("vm_page_free_prep: page %p has unexpected ref_count %u",
3828                     m, m->ref_count));
3829                 vm_page_object_remove(m);
3830                 m->ref_count -= VPRC_OBJREF;
3831         } else
3832                 vm_page_assert_unbusied(m);
3833
3834         vm_page_busy_free(m);
3835
3836         /*
3837          * If fictitious remove object association and
3838          * return.
3839          */
3840         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
3841                 KASSERT(m->ref_count == 1,
3842                     ("fictitious page %p is referenced", m));
3843                 KASSERT(m->a.queue == PQ_NONE,
3844                     ("fictitious page %p is queued", m));
3845                 return (false);
3846         }
3847
3848         /*
3849          * Pages need not be dequeued before they are returned to the physical
3850          * memory allocator, but they must at least be marked for a deferred
3851          * dequeue.
3852          */
3853         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3854                 vm_page_dequeue_deferred(m);
3855
3856         m->valid = 0;
3857         vm_page_undirty(m);
3858
3859         if (m->ref_count != 0)
3860                 panic("vm_page_free_prep: page %p has references", m);
3861
3862         /*
3863          * Restore the default memory attribute to the page.
3864          */
3865         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
3866                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
3867
3868 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3869         /*
3870          * Determine whether the page belongs to a reservation.  If the page was
3871          * allocated from a per-CPU cache, it cannot belong to a reservation, so
3872          * as an optimization, we avoid the check in that case.
3873          */
3874         if ((m->flags & PG_PCPU_CACHE) == 0 && vm_reserv_free_page(m))
3875                 return (false);
3876 #endif
3877
3878         return (true);
3879 }
3880
3881 /*
3882  *      vm_page_free_toq:
3883  *
3884  *      Returns the given page to the free list, disassociating it
3885  *      from any VM object.
3886  *
3887  *      The object must be locked.  The page must be exclusively busied if it
3888  *      belongs to an object.
3889  */
3890 static void
3891 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
3892 {
3893         struct vm_domain *vmd;
3894         uma_zone_t zone;
3895
3896         if (!vm_page_free_prep(m))
3897                 return;
3898
3899         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3900         zone = vmd->vmd_pgcache[m->pool].zone;
3901         if ((m->flags & PG_PCPU_CACHE) != 0 && zone != NULL) {
3902                 uma_zfree(zone, m);
3903                 return;
3904         }
3905         vm_domain_free_lock(vmd);
3906         vm_phys_free_pages(m, 0);
3907         vm_domain_free_unlock(vmd);
3908         vm_domain_freecnt_inc(vmd, 1);
3909 }
3910
3911 /*
3912  *      vm_page_free_pages_toq:
3913  *
3914  *      Returns a list of pages to the free list, disassociating it
3915  *      from any VM object.  In other words, this is equivalent to
3916  *      calling vm_page_free_toq() for each page of a list of VM objects.
3917  */
3918 void
3919 vm_page_free_pages_toq(struct spglist *free, bool update_wire_count)
3920 {
3921         vm_page_t m;
3922         int count;
3923
3924         if (SLIST_EMPTY(free))
3925                 return;
3926
3927         count = 0;
3928         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
3929                 count++;
3930                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
3931                 vm_page_free_toq(m);
3932         }
3933
3934         if (update_wire_count)
3935                 vm_wire_sub(count);
3936 }
3937
3938 /*
3939  * Mark this page as wired down.  For managed pages, this prevents reclamation
3940  * by the page daemon, or when the containing object, if any, is destroyed.
3941  */
3942 void
3943 vm_page_wire(vm_page_t m)
3944 {
3945         u_int old;
3946
3947 #ifdef INVARIANTS
3948         if (m->object != NULL && !vm_page_busied(m) &&
3949             !vm_object_busied(m->object))
3950                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3951 #endif
3952         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 ||
3953             VPRC_WIRE_COUNT(m->ref_count) >= 1,
3954             ("vm_page_wire: fictitious page %p has zero wirings", m));
3955
3956         old = atomic_fetchadd_int(&m->ref_count, 1);
3957         KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) != VPRC_WIRE_COUNT_MAX,
3958             ("vm_page_wire: counter overflow for page %p", m));
3959         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 0) {
3960                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3961                         vm_page_aflag_set(m, PGA_DEQUEUE);
3962                 vm_wire_add(1);
3963         }
3964 }
3965
3966 /*
3967  * Attempt to wire a mapped page following a pmap lookup of that page.
3968  * This may fail if a thread is concurrently tearing down mappings of the page.
3969  * The transient failure is acceptable because it translates to the
3970  * failure of the caller pmap_extract_and_hold(), which should be then
3971  * followed by the vm_fault() fallback, see e.g. vm_fault_quick_hold_pages().
3972  */
3973 bool
3974 vm_page_wire_mapped(vm_page_t m)
3975 {
3976         u_int old;
3977
3978         old = m->ref_count;
3979         do {
3980                 KASSERT(old > 0,
3981                     ("vm_page_wire_mapped: wiring unreferenced page %p", m));
3982                 if ((old & VPRC_BLOCKED) != 0)
3983                         return (false);
3984         } while (!atomic_fcmpset_int(&m->ref_count, &old, old + 1));
3985
3986         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 0) {
3987                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3988                         vm_page_aflag_set(m, PGA_DEQUEUE);
3989                 vm_wire_add(1);
3990         }
3991         return (true);
3992 }
3993
3994 /*
3995  * Release a wiring reference to a managed page.  If the page still belongs to
3996  * an object, update its position in the page queues to reflect the reference.
3997  * If the wiring was the last reference to the page, free the page.
3998  */
3999 static void
4000 vm_page_unwire_managed(vm_page_t m, uint8_t nqueue, bool noreuse)
4001 {
4002         u_int old;
4003
4004         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4005             ("%s: page %p is unmanaged", __func__, m));
4006
4007         /*
4008          * Update LRU state before releasing the wiring reference.
4009          * Use a release store when updating the reference count to
4010          * synchronize with vm_page_free_prep().
4011          */
4012         old = m->ref_count;
4013         do {
4014                 KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) > 0,
4015                     ("vm_page_unwire: wire count underflow for page %p", m));
4016
4017                 if (old > VPRC_OBJREF + 1) {
4018                         /*
4019                          * The page has at least one other wiring reference.  An
4020                          * earlier iteration of this loop may have called
4021                          * vm_page_release_toq() and cleared PGA_DEQUEUE, so
4022                          * re-set it if necessary.
4023                          */
4024                         if ((vm_page_astate_load(m).flags & PGA_DEQUEUE) == 0)
4025                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_DEQUEUE);
4026                 } else if (old == VPRC_OBJREF + 1) {
4027                         /*
4028                          * This is the last wiring.  Clear PGA_DEQUEUE and
4029                          * update the page's queue state to reflect the
4030                          * reference.  If the page does not belong to an object
4031                          * (i.e., the VPRC_OBJREF bit is clear), we only need to
4032                          * clear leftover queue state.
4033                          */
4034                         vm_page_release_toq(m, nqueue, noreuse);
4035                 } else if (old == 1) {
4036                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_DEQUEUE);
4037                 }
4038         } while (!atomic_fcmpset_rel_int(&m->ref_count, &old, old - 1));
4039
4040         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) == 1) {
4041                 vm_wire_sub(1);
4042                 if (old == 1)
4043                         vm_page_free(m);
4044         }
4045 }
4046
4047 /*
4048  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
4049  * paged out.
4050  *
4051  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
4052  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
4053  * the page is added to the specified paging queue.  If the released wiring
4054  * represented the last reference to the page, the page is freed.
4055  */
4056 void
4057 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t nqueue)
4058 {
4059
4060         KASSERT(nqueue < PQ_COUNT,
4061             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p",
4062             nqueue, m));
4063
4064         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4065                 if (vm_page_unwire_noq(m) && m->ref_count == 0)
4066                         vm_page_free(m);
4067                 return;
4068         }
4069         vm_page_unwire_managed(m, nqueue, false);
4070 }
4071
4072 /*
4073  * Unwire a page without (re-)inserting it into a page queue.  It is up
4074  * to the caller to enqueue, requeue, or free the page as appropriate.
4075  * In most cases involving managed pages, vm_page_unwire() should be used
4076  * instead.
4077  */
4078 bool
4079 vm_page_unwire_noq(vm_page_t m)
4080 {
4081         u_int old;
4082
4083         old = vm_page_drop(m, 1);
4084         KASSERT(VPRC_WIRE_COUNT(old) != 0,
4085             ("vm_page_unref: counter underflow for page %p", m));
4086         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 || VPRC_WIRE_COUNT(old) > 1,
4087             ("vm_page_unref: missing ref on fictitious page %p", m));
4088
4089         if (VPRC_WIRE_COUNT(old) > 1)
4090                 return (false);
4091         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4092                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_DEQUEUE);
4093         vm_wire_sub(1);
4094         return (true);
4095 }
4096
4097 /*
4098  * Ensure that the page ends up in the specified page queue.  If the page is
4099  * active or being moved to the active queue, ensure that its act_count is
4100  * at least ACT_INIT but do not otherwise mess with it.
4101  */
4102 static __always_inline void
4103 vm_page_mvqueue(vm_page_t m, const uint8_t nqueue, const uint16_t nflag)
4104 {
4105         vm_page_astate_t old, new;
4106
4107         KASSERT(m->ref_count > 0,
4108             ("%s: page %p does not carry any references", __func__, m));
4109         KASSERT(nflag == PGA_REQUEUE || nflag == PGA_REQUEUE_HEAD,
4110             ("%s: invalid flags %x", __func__, nflag));
4111
4112         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_wired(m))
4113                 return;
4114
4115         old = vm_page_astate_load(m);
4116         do {
4117                 if ((old.flags & PGA_DEQUEUE) != 0)
4118                         break;
4119                 new = old;
4120                 new.flags &= ~PGA_QUEUE_OP_MASK;
4121                 if (nqueue == PQ_ACTIVE)
4122                         new.act_count = max(old.act_count, ACT_INIT);
4123                 if (old.queue == nqueue) {
4124                         if (nqueue != PQ_ACTIVE)
4125                                 new.flags |= nflag;
4126                 } else {
4127                         new.flags |= nflag;
4128                         new.queue = nqueue;
4129                 }
4130         } while (!vm_page_pqstate_commit(m, &old, new));
4131 }
4132
4133 /*
4134  * Put the specified page on the active list (if appropriate).
4135  */
4136 void
4137 vm_page_activate(vm_page_t m)
4138 {
4139
4140         vm_page_mvqueue(m, PQ_ACTIVE, PGA_REQUEUE);
4141 }
4142
4143 /*
4144  * Move the specified page to the tail of the inactive queue, or requeue
4145  * the page if it is already in the inactive queue.
4146  */
4147 void
4148 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
4149 {
4150
4151         vm_page_mvqueue(m, PQ_INACTIVE, PGA_REQUEUE);
4152 }
4153
4154 void
4155 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
4156 {
4157
4158         vm_page_mvqueue(m, PQ_INACTIVE, PGA_REQUEUE_HEAD);
4159 }
4160
4161 /*
4162  * Put a page in the laundry, or requeue it if it is already there.
4163  */
4164 void
4165 vm_page_launder(vm_page_t m)
4166 {
4167
4168         vm_page_mvqueue(m, PQ_LAUNDRY, PGA_REQUEUE);
4169 }
4170
4171 /*
4172  * Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
4173  */
4174 void
4175 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
4176 {
4177
4178         KASSERT(!vm_page_wired(m) && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4179             ("page %p already unswappable", m));
4180
4181         vm_page_dequeue(m);
4182         vm_page_enqueue(m, PQ_UNSWAPPABLE);
4183 }
4184
4185 /*
4186  * Release a page back to the page queues in preparation for unwiring.
4187  */
4188 static void
4189 vm_page_release_toq(vm_page_t m, uint8_t nqueue, const bool noreuse)
4190 {
4191         vm_page_astate_t old, new;
4192         uint16_t nflag;
4193
4194         /*
4195          * Use a check of the valid bits to determine whether we should
4196          * accelerate reclamation of the page.  The object lock might not be
4197          * held here, in which case the check is racy.  At worst we will either
4198          * accelerate reclamation of a valid page and violate LRU, or
4199          * unnecessarily defer reclamation of an invalid page.
4200          *
4201          * If we were asked to not cache the page, place it near the head of the
4202          * inactive queue so that is reclaimed sooner.
4203          */
4204         if (noreuse || m->valid == 0) {
4205                 nqueue = PQ_INACTIVE;
4206                 nflag = PGA_REQUEUE_HEAD;
4207         } else {
4208                 nflag = PGA_REQUEUE;
4209         }
4210
4211         old = vm_page_astate_load(m);
4212         do {
4213                 new = old;
4214
4215                 /*
4216                  * If the page is already in the active queue and we are not
4217                  * trying to accelerate reclamation, simply mark it as
4218                  * referenced and avoid any queue operations.
4219                  */
4220                 new.flags &= ~PGA_QUEUE_OP_MASK;
4221                 if (nflag != PGA_REQUEUE_HEAD && old.queue == PQ_ACTIVE)
4222                         new.flags |= PGA_REFERENCED;
4223                 else {
4224                         new.flags |= nflag;
4225                         new.queue = nqueue;
4226                 }
4227         } while (!vm_page_pqstate_commit(m, &old, new));
4228 }
4229
4230 /*
4231  * Unwire a page and either attempt to free it or re-add it to the page queues.
4232  */
4233 void
4234 vm_page_release(vm_page_t m, int flags)
4235 {
4236         vm_object_t object;
4237
4238         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4239             ("vm_page_release: page %p is unmanaged", m));
4240
4241         if ((flags & VPR_TRYFREE) != 0) {
4242                 for (;;) {
4243                         object = atomic_load_ptr(&m->object);
4244                         if (object == NULL)
4245                                 break;
4246                         /* Depends on type-stability. */
4247                         if (vm_page_busied(m) || !VM_OBJECT_TRYWLOCK(object))
4248                                 break;
4249                         if (object == m->object) {
4250                                 vm_page_release_locked(m, flags);
4251                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4252                                 return;
4253                         }
4254                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4255                 }
4256         }
4257         vm_page_unwire_managed(m, PQ_INACTIVE, flags != 0);
4258 }
4259
4260 /* See vm_page_release(). */
4261 void
4262 vm_page_release_locked(vm_page_t m, int flags)
4263 {
4264
4265         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4266         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4267             ("vm_page_release_locked: page %p is unmanaged", m));
4268
4269         if (vm_page_unwire_noq(m)) {
4270                 if ((flags & VPR_TRYFREE) != 0 &&
4271                     (m->object->ref_count == 0 || !pmap_page_is_mapped(m)) &&
4272                     m->dirty == 0 && vm_page_tryxbusy(m)) {
4273                         /*
4274                          * An unlocked lookup may have wired the page before the
4275                          * busy lock was acquired, in which case the page must
4276                          * not be freed.
4277                          */
4278                         if (__predict_true(!vm_page_wired(m))) {
4279                                 vm_page_free(m);
4280                                 return;
4281                         }
4282                         vm_page_xunbusy(m);
4283                 } else {
4284                         vm_page_release_toq(m, PQ_INACTIVE, flags != 0);
4285                 }
4286         }
4287 }
4288
4289 static bool
4290 vm_page_try_blocked_op(vm_page_t m, void (*op)(vm_page_t))
4291 {
4292         u_int old;
4293
4294         KASSERT(m->object != NULL && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4295             ("vm_page_try_blocked_op: page %p has no object", m));
4296         KASSERT(vm_page_busied(m),
4297             ("vm_page_try_blocked_op: page %p is not busy", m));
4298         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4299
4300         old = m->ref_count;
4301         do {
4302                 KASSERT(old != 0,
4303                     ("vm_page_try_blocked_op: page %p has no references", m));
4304                 if (VPRC_WIRE_COUNT(old) != 0)
4305                         return (false);
4306         } while (!atomic_fcmpset_int(&m->ref_count, &old, old | VPRC_BLOCKED));
4307
4308         (op)(m);
4309
4310         /*
4311          * If the object is read-locked, new wirings may be created via an
4312          * object lookup.
4313          */
4314         old = vm_page_drop(m, VPRC_BLOCKED);
4315         KASSERT(!VM_OBJECT_WOWNED(m->object) ||
4316             old == (VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF),
4317             ("vm_page_try_blocked_op: unexpected refcount value %u for %p",
4318             old, m));
4319         return (true);
4320 }
4321
4322 /*
4323  * Atomically check for wirings and remove all mappings of the page.
4324  */
4325 bool
4326 vm_page_try_remove_all(vm_page_t m)
4327 {
4328
4329         return (vm_page_try_blocked_op(m, pmap_remove_all));
4330 }
4331
4332 /*
4333  * Atomically check for wirings and remove all writeable mappings of the page.
4334  */
4335 bool
4336 vm_page_try_remove_write(vm_page_t m)
4337 {
4338
4339         return (vm_page_try_blocked_op(m, pmap_remove_write));
4340 }
4341
4342 /*
4343  * vm_page_advise
4344  *
4345  *      Apply the specified advice to the given page.
4346  */
4347 void
4348 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
4349 {
4350
4351         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4352         vm_page_assert_xbusied(m);
4353
4354         if (advice == MADV_FREE)
4355                 /*
4356                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
4357                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
4358                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
4359                  * would result in a page fault on a later access.
4360                  */
4361                 vm_page_undirty(m);
4362         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
4363                 if (advice == MADV_WILLNEED)
4364                         vm_page_activate(m);
4365                 return;
4366         }
4367
4368         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
4369                 vm_page_dirty(m);
4370
4371         /*
4372          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
4373          * immediately reactivate the page.
4374          */
4375         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
4376
4377         /*
4378          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
4379          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
4380          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
4381          * laundry are moved there.
4382          */
4383         if (m->dirty == 0)
4384                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
4385         else if (!vm_page_in_laundry(m))
4386                 vm_page_launder(m);
4387 }
4388
4389 /*
4390  *      vm_page_grab_release
4391  *
4392  *      Helper routine for grab functions to release busy on return.
4393  */
4394 static inline void
4395 vm_page_grab_release(vm_page_t m, int allocflags)
4396 {
4397
4398         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) != 0) {
4399                 if ((allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0)
4400                         vm_page_sunbusy(m);
4401                 else
4402                         vm_page_xunbusy(m);
4403         }
4404 }
4405
4406 /*
4407  *      vm_page_grab_sleep
4408  *
4409  *      Sleep for busy according to VM_ALLOC_ parameters.  Returns true
4410  *      if the caller should retry and false otherwise.
4411  *
4412  *      If the object is locked on entry the object will be unlocked with
4413  *      false returns and still locked but possibly having been dropped
4414  *      with true returns.
4415  */
4416 static bool
4417 vm_page_grab_sleep(vm_object_t object, vm_page_t m, vm_pindex_t pindex,
4418     const char *wmesg, int allocflags, bool locked)
4419 {
4420
4421         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
4422                 return (false);
4423
4424         /*
4425          * Reference the page before unlocking and sleeping so that
4426          * the page daemon is less likely to reclaim it.
4427          */
4428         if (locked && (allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) == 0)
4429                 vm_page_reference(m);
4430
4431         if (_vm_page_busy_sleep(object, m, pindex, wmesg, allocflags, locked) &&
4432             locked)
4433                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
4434         if ((allocflags & VM_ALLOC_WAITFAIL) != 0)
4435                 return (false);
4436
4437         return (true);
4438 }
4439
4440 /*
4441  * Assert that the grab flags are valid.
4442  */
4443 static inline void
4444 vm_page_grab_check(int allocflags)
4445 {
4446
4447         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0 ||
4448             (allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0,
4449             ("vm_page_grab*: the pages must be busied or wired"));
4450
4451         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4452             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4453             ("vm_page_grab*: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
4454 }
4455
4456 /*
4457  * Calculate the page allocation flags for grab.
4458  */
4459 static inline int
4460 vm_page_grab_pflags(int allocflags)
4461 {
4462         int pflags;
4463
4464         pflags = allocflags &
4465             ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL |
4466             VM_ALLOC_NOBUSY);
4467         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) == 0)
4468                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
4469         if ((allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0)
4470                 pflags |= VM_ALLOC_SBUSY;
4471
4472         return (pflags);
4473 }
4474
4475 /*
4476  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
4477  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
4478  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
4479  * and then conditionally zero it.
4480  *
4481  * This routine may sleep.
4482  *
4483  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
4484  * and reacquired if the routine sleeps.
4485  */
4486 vm_page_t
4487 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4488 {
4489         vm_page_t m;
4490
4491         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4492         vm_page_grab_check(allocflags);
4493
4494 retrylookup:
4495         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
4496                 if (!vm_page_tryacquire(m, allocflags)) {
4497                         if (vm_page_grab_sleep(object, m, pindex, "pgrbwt",
4498                             allocflags, true))
4499                                 goto retrylookup;
4500                         return (NULL);
4501                 }
4502                 goto out;
4503         }
4504         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4505                 return (NULL);
4506         m = vm_page_alloc(object, pindex, vm_page_grab_pflags(allocflags));
4507         if (m == NULL) {
4508                 if ((allocflags & (VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITFAIL)) != 0)
4509                         return (NULL);
4510                 goto retrylookup;
4511         }
4512         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
4513                 pmap_zero_page(m);
4514
4515 out:
4516         vm_page_grab_release(m, allocflags);
4517
4518         return (m);
4519 }
4520
4521 /*
4522  * Locklessly attempt to acquire a page given a (object, pindex) tuple
4523  * and an optional previous page to avoid the radix lookup.  The resulting
4524  * page will be validated against the identity tuple and busied or wired
4525  * as requested.  A NULL *mp return guarantees that the page was not in
4526  * radix at the time of the call but callers must perform higher level
4527  * synchronization or retry the operation under a lock if they require
4528  * an atomic answer.  This is the only lock free validation routine,
4529  * other routines can depend on the resulting page state.
4530  *
4531  * The return value indicates whether the operation failed due to caller
4532  * flags.  The return is tri-state with mp:
4533  *
4534  * (true, *mp != NULL) - The operation was successful.
4535  * (true, *mp == NULL) - The page was not found in tree.
4536  * (false, *mp == NULL) - WAITFAIL or NOWAIT prevented acquisition.
4537  */
4538 static bool
4539 vm_page_acquire_unlocked(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
4540     vm_page_t prev, vm_page_t *mp, int allocflags)
4541 {
4542         vm_page_t m;
4543
4544         vm_page_grab_check(allocflags);
4545         MPASS(prev == NULL || vm_page_busied(prev) || vm_page_wired(prev));
4546
4547         *mp = NULL;
4548         for (;;) {
4549                 /*
4550                  * We may see a false NULL here because the previous page
4551                  * has been removed or just inserted and the list is loaded
4552                  * without barriers.  Switch to radix to verify.
4553                  */
4554                 if (prev == NULL || (m = TAILQ_NEXT(prev, listq)) == NULL ||
4555                     QMD_IS_TRASHED(m) || m->pindex != pindex ||
4556                     atomic_load_ptr(&m->object) != object) {
4557                         prev = NULL;
4558                         /*
4559                          * This guarantees the result is instantaneously
4560                          * correct.
4561                          */
4562                         m = vm_radix_lookup_unlocked(&object->rtree, pindex);
4563                 }
4564                 if (m == NULL)
4565                         return (true);
4566                 if (vm_page_trybusy(m, allocflags)) {
4567                         if (m->object == object && m->pindex == pindex)
4568                                 break;
4569                         /* relookup. */
4570                         vm_page_busy_release(m);
4571                         cpu_spinwait();
4572                         continue;
4573                 }
4574                 if (!vm_page_grab_sleep(object, m, pindex, "pgnslp",
4575                     allocflags, false))
4576                         return (false);
4577         }
4578         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4579                 vm_page_wire(m);
4580         vm_page_grab_release(m, allocflags);
4581         *mp = m;
4582         return (true);
4583 }
4584
4585 /*
4586  * Try to locklessly grab a page and fall back to the object lock if NOCREAT
4587  * is not set.
4588  */
4589 vm_page_t
4590 vm_page_grab_unlocked(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4591 {
4592         vm_page_t m;
4593
4594         vm_page_grab_check(allocflags);
4595
4596         if (!vm_page_acquire_unlocked(object, pindex, NULL, &m, allocflags))
4597                 return (NULL);
4598         if (m != NULL)
4599                 return (m);
4600
4601         /*
4602          * The radix lockless lookup should never return a false negative
4603          * errors.  If the user specifies NOCREAT they are guaranteed there
4604          * was no page present at the instant of the call.  A NOCREAT caller
4605          * must handle create races gracefully.
4606          */
4607         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4608                 return (NULL);
4609
4610         VM_OBJECT_WLOCK(object);
4611         m = vm_page_grab(object, pindex, allocflags);
4612         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4613
4614         return (m);
4615 }
4616
4617 /*
4618  * Grab a page and make it valid, paging in if necessary.  Pages missing from
4619  * their pager are zero filled and validated.  If a VM_ALLOC_COUNT is supplied
4620  * and the page is not valid as many as VM_INITIAL_PAGEIN pages can be brought
4621  * in simultaneously.  Additional pages will be left on a paging queue but
4622  * will neither be wired nor busy regardless of allocflags.
4623  */
4624 int
4625 vm_page_grab_valid(vm_page_t *mp, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4626 {
4627         vm_page_t m;
4628         vm_page_t ma[VM_INITIAL_PAGEIN];
4629         int after, i, pflags, rv;
4630
4631         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4632             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4633             ("vm_page_grab_valid: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
4634         KASSERT((allocflags &
4635             (VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITFAIL | VM_ALLOC_ZERO)) == 0,
4636             ("vm_page_grab_valid: Invalid flags 0x%X", allocflags));
4637         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4638         pflags = allocflags & ~(VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY |
4639             VM_ALLOC_WIRED);
4640         pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
4641
4642 retrylookup:
4643         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
4644                 /*
4645                  * If the page is fully valid it can only become invalid
4646                  * with the object lock held.  If it is not valid it can
4647                  * become valid with the busy lock held.  Therefore, we
4648                  * may unnecessarily lock the exclusive busy here if we
4649                  * race with I/O completion not using the object lock.
4650                  * However, we will not end up with an invalid page and a
4651                  * shared lock.
4652                  */
4653                 if (!vm_page_trybusy(m,
4654                     vm_page_all_valid(m) ? allocflags : 0)) {
4655                         (void)vm_page_grab_sleep(object, m, pindex, "pgrbwt",
4656                             allocflags, true);
4657                         goto retrylookup;
4658                 }
4659                 if (vm_page_all_valid(m))
4660                         goto out;
4661                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0) {
4662                         vm_page_busy_release(m);
4663                         *mp = NULL;
4664                         return (VM_PAGER_FAIL);
4665                 }
4666         } else if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0) {
4667                 *mp = NULL;
4668                 return (VM_PAGER_FAIL);
4669         } else if ((m = vm_page_alloc(object, pindex, pflags)) == NULL) {
4670                 goto retrylookup;
4671         }
4672
4673         vm_page_assert_xbusied(m);
4674         if (vm_pager_has_page(object, pindex, NULL, &after)) {
4675                 after = MIN(after, VM_INITIAL_PAGEIN);
4676                 after = MIN(after, allocflags >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT);
4677                 after = MAX(after, 1);
4678                 ma[0] = m;
4679                 for (i = 1; i < after; i++) {
4680                         if ((ma[i] = vm_page_next(ma[i - 1])) != NULL) {
4681                                 if (ma[i]->valid || !vm_page_tryxbusy(ma[i]))
4682                                         break;
4683                         } else {
4684                                 ma[i] = vm_page_alloc(object, m->pindex + i,
4685                                     VM_ALLOC_NORMAL);
4686                                 if (ma[i] == NULL)
4687                                         break;
4688                         }
4689                 }
4690                 after = i;
4691                 vm_object_pip_add(object, after);
4692                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4693                 rv = vm_pager_get_pages(object, ma, after, NULL, NULL);
4694                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
4695                 vm_object_pip_wakeupn(object, after);
4696                 /* Pager may have replaced a page. */
4697                 m = ma[0];
4698                 if (rv != VM_PAGER_OK) {
4699                         for (i = 0; i < after; i++) {
4700                                 if (!vm_page_wired(ma[i]))
4701                                         vm_page_free(ma[i]);
4702                                 else
4703                                         vm_page_xunbusy(ma[i]);
4704                         }
4705                         *mp = NULL;
4706                         return (rv);
4707                 }
4708                 for (i = 1; i < after; i++)
4709                         vm_page_readahead_finish(ma[i]);
4710                 MPASS(vm_page_all_valid(m));
4711         } else {
4712                 vm_page_zero_invalid(m, TRUE);
4713         }
4714 out:
4715         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4716                 vm_page_wire(m);
4717         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0 && vm_page_xbusied(m))
4718                 vm_page_busy_downgrade(m);
4719         else if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) != 0)
4720                 vm_page_busy_release(m);
4721         *mp = m;
4722         return (VM_PAGER_OK);
4723 }
4724
4725 /*
4726  * Locklessly grab a valid page.  If the page is not valid or not yet
4727  * allocated this will fall back to the object lock method.
4728  */
4729 int
4730 vm_page_grab_valid_unlocked(vm_page_t *mp, vm_object_t object,
4731     vm_pindex_t pindex, int allocflags)
4732 {
4733         vm_page_t m;
4734         int flags;
4735         int error;
4736
4737         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
4738             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
4739             ("vm_page_grab_valid_unlocked: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY "
4740             "mismatch"));
4741         KASSERT((allocflags &
4742             (VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITFAIL | VM_ALLOC_ZERO)) == 0,
4743             ("vm_page_grab_valid_unlocked: Invalid flags 0x%X", allocflags));
4744
4745         /*
4746          * Attempt a lockless lookup and busy.  We need at least an sbusy
4747          * before we can inspect the valid field and return a wired page.
4748          */
4749         flags = allocflags & ~(VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_WIRED);
4750         if (!vm_page_acquire_unlocked(object, pindex, NULL, mp, flags))
4751                 return (VM_PAGER_FAIL);
4752         if ((m = *mp) != NULL) {
4753                 if (vm_page_all_valid(m)) {
4754                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
4755                                 vm_page_wire(m);
4756                         vm_page_grab_release(m, allocflags);
4757                         return (VM_PAGER_OK);
4758                 }
4759                 vm_page_busy_release(m);
4760         }
4761         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0) {
4762                 *mp = NULL;
4763                 return (VM_PAGER_FAIL);
4764         }
4765         VM_OBJECT_WLOCK(object);
4766         error = vm_page_grab_valid(mp, object, pindex, allocflags);
4767         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4768
4769         return (error);
4770 }
4771
4772 /*
4773  * Return the specified range of pages from the given object.  For each
4774  * page offset within the range, if a page already exists within the object
4775  * at that offset and it is busy, then wait for it to change state.  If,
4776  * instead, the page doesn't exist, then allocate it.
4777  *
4778  * The caller must always specify an allocation class.
4779  *
4780  * allocation classes:
4781  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
4782  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs the pages
4783  *
4784  * The caller must always specify that the pages are to be busied and/or
4785  * wired.
4786  *
4787  * optional allocation flags:
4788  *      VM_ALLOC_IGN_SBUSY      do not sleep on soft busy pages
4789  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
4790  *      VM_ALLOC_NOWAIT         do not sleep
4791  *      VM_ALLOC_SBUSY          set page to sbusy state
4792  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the pages
4793  *      VM_ALLOC_ZERO           zero and validate any invalid pages
4794  *
4795  * If VM_ALLOC_NOWAIT is not specified, this routine may sleep.  Otherwise, it
4796  * may return a partial prefix of the requested range.
4797  */
4798 int
4799 vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
4800     vm_page_t *ma, int count)
4801 {
4802         vm_page_t m, mpred;
4803         int pflags;
4804         int i;
4805
4806         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4807         KASSERT(((u_int)allocflags >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT) == 0,
4808             ("vm_page_grap_pages: VM_ALLOC_COUNT() is not allowed"));
4809         KASSERT(count > 0,
4810             ("vm_page_grab_pages: invalid page count %d", count));
4811         vm_page_grab_check(allocflags);
4812
4813         pflags = vm_page_grab_pflags(allocflags);
4814         i = 0;
4815 retrylookup:
4816         m = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex + i);
4817         if (m == NULL || m->pindex != pindex + i) {
4818                 mpred = m;
4819                 m = NULL;
4820         } else
4821                 mpred = TAILQ_PREV(m, pglist, listq);
4822         for (; i < count; i++) {
4823                 if (m != NULL) {
4824                         if (!vm_page_tryacquire(m, allocflags)) {
4825                                 if (vm_page_grab_sleep(object, m, pindex + i,
4826                                     "grbmaw", allocflags, true))
4827                                         goto retrylookup;
4828                                 break;
4829                         }
4830                 } else {
4831                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4832                                 break;
4833                         m = vm_page_alloc_after(object, pindex + i,
4834                             pflags | VM_ALLOC_COUNT(count - i), mpred);
4835                         if (m == NULL) {
4836                                 if ((allocflags & (VM_ALLOC_NOWAIT |
4837                                     VM_ALLOC_WAITFAIL)) != 0)
4838                                         break;
4839                                 goto retrylookup;
4840                         }
4841                 }
4842                 if (vm_page_none_valid(m) &&
4843                     (allocflags & VM_ALLOC_ZERO) != 0) {
4844                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4845                                 pmap_zero_page(m);
4846                         vm_page_valid(m);
4847                 }
4848                 vm_page_grab_release(m, allocflags);
4849                 ma[i] = mpred = m;
4850                 m = vm_page_next(m);
4851         }
4852         return (i);
4853 }
4854
4855 /*
4856  * Unlocked variant of vm_page_grab_pages().  This accepts the same flags
4857  * and will fall back to the locked variant to handle allocation.
4858  */
4859 int
4860 vm_page_grab_pages_unlocked(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
4861     int allocflags, vm_page_t *ma, int count)
4862 {
4863         vm_page_t m, pred;
4864         int flags;
4865         int i;
4866
4867         KASSERT(count > 0,
4868             ("vm_page_grab_pages_unlocked: invalid page count %d", count));
4869         vm_page_grab_check(allocflags);
4870
4871         /*
4872          * Modify flags for lockless acquire to hold the page until we
4873          * set it valid if necessary.
4874          */
4875         flags = allocflags & ~VM_ALLOC_NOBUSY;
4876         pred = NULL;
4877         for (i = 0; i < count; i++, pindex++) {
4878                 if (!vm_page_acquire_unlocked(object, pindex, pred, &m, flags))
4879                         return (i);
4880                 if (m == NULL)
4881                         break;
4882                 if ((flags & VM_ALLOC_ZERO) != 0 && vm_page_none_valid(m)) {
4883                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4884                                 pmap_zero_page(m);
4885                         vm_page_valid(m);
4886                 }
4887                 /* m will still be wired or busy according to flags. */
4888                 vm_page_grab_release(m, allocflags);
4889                 pred = ma[i] = m;
4890         }
4891         if (i == count || (allocflags & VM_ALLOC_NOCREAT) != 0)
4892                 return (i);
4893         count -= i;
4894         VM_OBJECT_WLOCK(object);
4895         i += vm_page_grab_pages(object, pindex, allocflags, &ma[i], count);
4896         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
4897
4898         return (i);
4899 }
4900
4901 /*
4902  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
4903  *
4904  * Inputs are required to range within a page.
4905  */
4906 vm_page_bits_t
4907 vm_page_bits(int base, int size)
4908 {
4909         int first_bit;
4910         int last_bit;
4911
4912         KASSERT(
4913             base + size <= PAGE_SIZE,
4914             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
4915         );
4916
4917         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
4918                 return (0);
4919
4920         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
4921         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
4922
4923         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
4924             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
4925 }
4926
4927 void
4928 vm_page_bits_set(vm_page_t m, vm_page_bits_t *bits, vm_page_bits_t set)
4929 {
4930
4931 #if PAGE_SIZE == 32768
4932         atomic_set_64((uint64_t *)bits, set);
4933 #elif PAGE_SIZE == 16384
4934         atomic_set_32((uint32_t *)bits, set);
4935 #elif (PAGE_SIZE == 8192) && defined(atomic_set_16)
4936         atomic_set_16((uint16_t *)bits, set);
4937 #elif (PAGE_SIZE == 4096) && defined(atomic_set_8)
4938         atomic_set_8((uint8_t *)bits, set);
4939 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
4940         uintptr_t addr;
4941         int shift;
4942
4943         addr = (uintptr_t)bits;
4944         /*
4945          * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
4946          * containing aligned word, to not depend on the existence
4947          * of atomic_{set, clear}_{8, 16}.
4948          */
4949         shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
4950 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
4951         shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(vm_page_bits_t) - shift) * NBBY;
4952 #else
4953         shift *= NBBY;
4954 #endif
4955         addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
4956         atomic_set_32((uint32_t *)addr, set << shift);
4957 #endif          /* PAGE_SIZE */
4958 }
4959
4960 static inline void
4961 vm_page_bits_clear(vm_page_t m, vm_page_bits_t *bits, vm_page_bits_t clear)
4962 {
4963
4964 #if PAGE_SIZE == 32768
4965         atomic_clear_64((uint64_t *)bits, clear);
4966 #elif PAGE_SIZE == 16384
4967         atomic_clear_32((uint32_t *)bits, clear);
4968 #elif (PAGE_SIZE == 8192) && defined(atomic_clear_16)
4969         atomic_clear_16((uint16_t *)bits, clear);
4970 #elif (PAGE_SIZE == 4096) && defined(atomic_clear_8)
4971         atomic_clear_8((uint8_t *)bits, clear);
4972 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
4973         uintptr_t addr;
4974         int shift;
4975
4976         addr = (uintptr_t)bits;
4977         /*
4978          * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
4979          * containing aligned word, to not depend on the existence
4980          * of atomic_{set, clear}_{8, 16}.
4981          */
4982         shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
4983 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
4984         shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(vm_page_bits_t) - shift) * NBBY;
4985 #else
4986         shift *= NBBY;
4987 #endif
4988         addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
4989         atomic_clear_32((uint32_t *)addr, clear << shift);
4990 #endif          /* PAGE_SIZE */
4991 }
4992
4993 static inline vm_page_bits_t
4994 vm_page_bits_swap(vm_page_t m, vm_page_bits_t *bits, vm_page_bits_t newbits)
4995 {
4996 #if PAGE_SIZE == 32768
4997         uint64_t old;
4998
4999         old = *bits;
5000         while (atomic_fcmpset_64(bits, &old, newbits) == 0);
5001         return (old);
5002 #elif PAGE_SIZE == 16384
5003         uint32_t old;
5004
5005         old = *bits;
5006         while (atomic_fcmpset_32(bits, &old, newbits) == 0);
5007         return (old);
5008 #elif (PAGE_SIZE == 8192) && defined(atomic_fcmpset_16)
5009         uint16_t old;
5010
5011         old = *bits;
5012         while (atomic_fcmpset_16(bits, &old, newbits) == 0);
5013         return (old);
5014 #elif (PAGE_SIZE == 4096) && defined(atomic_fcmpset_8)
5015         uint8_t old;
5016
5017         old = *bits;
5018         while (atomic_fcmpset_8(bits, &old, newbits) == 0);
5019         return (old);
5020 #else           /* PAGE_SIZE <= 4096*/
5021         uintptr_t addr;
5022         uint32_t old, new, mask;
5023         int shift;
5024
5025         addr = (uintptr_t)bits;
5026         /*
5027          * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
5028          * containing aligned word, to not depend on the existence
5029          * of atomic_{set, swap, clear}_{8, 16}.
5030          */
5031         shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
5032 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
5033         shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(vm_page_bits_t) - shift) * NBBY;
5034 #else
5035         shift *= NBBY;
5036 #endif
5037         addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
5038         mask = VM_PAGE_BITS_ALL << shift;
5039
5040         old = *bits;
5041         do {
5042                 new = old & ~mask;
5043                 new |= newbits << shift;
5044         } while (atomic_fcmpset_32((uint32_t *)addr, &old, new) == 0);
5045         return (old >> shift);
5046 #endif          /* PAGE_SIZE */
5047 }
5048
5049 /*
5050  *      vm_page_set_valid_range:
5051  *
5052  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
5053  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
5054  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
5055  *      such chunks will be zeroed.
5056  *
5057  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
5058  */
5059 void
5060 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
5061 {
5062         int endoff, frag;
5063         vm_page_bits_t pagebits;
5064
5065         vm_page_assert_busied(m);
5066         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
5067                 return;
5068
5069         /*
5070          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
5071          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
5072          * first block.
5073          */
5074         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
5075             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
5076                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
5077
5078         /*
5079          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
5080          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
5081          * the last block.
5082          */
5083         endoff = base + size;
5084         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
5085             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
5086                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
5087                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
5088
5089         /*
5090          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
5091          * is already dirty.
5092          */
5093         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
5094             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
5095
5096         /*
5097          * Set valid bits inclusive of any overlap.
5098          */
5099         pagebits = vm_page_bits(base, size);
5100         if (vm_page_xbusied(m))
5101                 m->valid |= pagebits;
5102         else
5103                 vm_page_bits_set(m, &m->valid, pagebits);
5104 }
5105
5106 /*
5107  * Set the page dirty bits and free the invalid swap space if
5108  * present.  Returns the previous dirty bits.
5109  */
5110 vm_page_bits_t
5111 vm_page_set_dirty(vm_page_t m)
5112 {
5113         vm_page_bits_t old;
5114
5115         VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5116
5117         if (vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m)) {
5118                 old = m->dirty;
5119                 m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
5120         } else
5121                 old = vm_page_bits_swap(m, &m->dirty, VM_PAGE_BITS_ALL);
5122         if (old == 0 && (m->a.flags & PGA_SWAP_SPACE) != 0)
5123                 vm_pager_page_unswapped(m);
5124
5125         return (old);
5126 }
5127
5128 /*
5129  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
5130  */
5131 static __inline void
5132 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
5133 {
5134
5135         vm_page_assert_busied(m);
5136
5137         /*
5138          * If the page is xbusied and not write mapped we are the
5139          * only thread that can modify dirty bits.  Otherwise, The pmap
5140          * layer can call vm_page_dirty() without holding a distinguished
5141          * lock.  The combination of page busy and atomic operations
5142          * suffice to guarantee consistency of the page dirty field.
5143          */
5144         if (vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
5145                 m->dirty &= ~pagebits;
5146         else
5147                 vm_page_bits_clear(m, &m->dirty, pagebits);
5148 }
5149
5150 /*
5151  *      vm_page_set_validclean:
5152  *
5153  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
5154  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
5155  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
5156  *      such chunks will be zero'd.
5157  *
5158  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
5159  */
5160 void
5161 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
5162 {
5163         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
5164         int endoff, frag;
5165
5166         vm_page_assert_busied(m);
5167         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
5168                 return;
5169
5170         /*
5171          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
5172          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
5173          * first block.
5174          */
5175         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
5176             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
5177                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
5178
5179         /*
5180          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
5181          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
5182          * the last block.
5183          */
5184         endoff = base + size;
5185         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
5186             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
5187                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
5188                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
5189
5190         /*
5191          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
5192          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
5193          * use this opportunity to clear the PGA_NOSYNC flag.  If a process
5194          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
5195          * be set again.
5196          *
5197          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
5198          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
5199          * the range.
5200          */
5201         oldvalid = m->valid;
5202         pagebits = vm_page_bits(base, size);
5203         if (vm_page_xbusied(m))
5204                 m->valid |= pagebits;
5205         else
5206                 vm_page_bits_set(m, &m->valid, pagebits);
5207 #if 0   /* NOT YET */
5208         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
5209                 frag = DEV_BSIZE - frag;
5210                 base += frag;
5211                 size -= frag;
5212                 if (size < 0)
5213                         size = 0;
5214         }
5215         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
5216 #endif
5217         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
5218                 /*
5219                  * The page can only be modified within the pmap if it is
5220                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
5221                  * fully valid.
5222                  */
5223                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
5224                         /*
5225                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
5226                          * a concurrent pmap operation, such as
5227                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
5228                          * pmap and set the dirty field on the page before
5229                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
5230                          * field was cleared here.
5231                          */
5232                         pmap_clear_modify(m);
5233                 m->dirty = 0;
5234                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_NOSYNC);
5235         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL && vm_page_xbusied(m))
5236                 m->dirty &= ~pagebits;
5237         else
5238                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
5239 }
5240
5241 void
5242 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
5243 {
5244
5245         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
5246 }
5247
5248 /*
5249  *      vm_page_set_invalid:
5250  *
5251  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
5252  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
5253  */
5254 void
5255 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
5256 {
5257         vm_page_bits_t bits;
5258         vm_object_t object;
5259
5260         /*
5261          * The object lock is required so that pages can't be mapped
5262          * read-only while we're in the process of invalidating them.
5263          */
5264         object = m->object;
5265         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5266         vm_page_assert_busied(m);
5267
5268         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
5269             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
5270                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
5271         else
5272                 bits = vm_page_bits(base, size);
5273         if (object->ref_count != 0 && vm_page_all_valid(m) && bits != 0)
5274                 pmap_remove_all(m);
5275         KASSERT((bits == 0 && vm_page_all_valid(m)) ||
5276             !pmap_page_is_mapped(m),
5277             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
5278         if (vm_page_xbusied(m)) {
5279                 m->valid &= ~bits;
5280                 m->dirty &= ~bits;
5281         } else {
5282                 vm_page_bits_clear(m, &m->valid, bits);
5283                 vm_page_bits_clear(m, &m->dirty, bits);
5284         }
5285 }
5286
5287 /*
5288  *      vm_page_invalid:
5289  *
5290  *      Invalidates the entire page.  The page must be busy, unmapped, and
5291  *      the enclosing object must be locked.  The object locks protects
5292  *      against concurrent read-only pmap enter which is done without
5293  *      busy.
5294  */
5295 void
5296 vm_page_invalid(vm_page_t m)
5297 {
5298
5299         vm_page_assert_busied(m);
5300         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5301         MPASS(!pmap_page_is_mapped(m));
5302
5303         if (vm_page_xbusied(m))
5304                 m->valid = 0;
5305         else
5306                 vm_page_bits_clear(m, &m->valid, VM_PAGE_BITS_ALL);
5307 }
5308
5309 /*
5310  * vm_page_zero_invalid()
5311  *
5312  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
5313  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
5314  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
5315  *      page so user code sees what it expects.
5316  *
5317  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
5318  *      into memory and the file's size is not page aligned.
5319  */
5320 void
5321 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
5322 {
5323         int b;
5324         int i;
5325
5326         /*
5327          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
5328          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
5329          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
5330          * vm_page_set_validclean().
5331          */
5332         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
5333                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
5334                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
5335                         if (i > b) {
5336                                 pmap_zero_page_area(m,
5337                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
5338                         }
5339                         b = i + 1;
5340                 }
5341         }
5342
5343         /*
5344          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
5345          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistency
5346          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
5347          */
5348         if (setvalid)
5349                 vm_page_valid(m);
5350 }
5351
5352 /*
5353  *      vm_page_is_valid:
5354  *
5355  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
5356  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
5357  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
5358  *
5359  *      Some callers envoke this routine without the busy lock held and
5360  *      handle races via higher level locks.  Typical callers should
5361  *      hold a busy lock to prevent invalidation.
5362  */
5363 int
5364 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
5365 {
5366         vm_page_bits_t bits;
5367
5368         bits = vm_page_bits(base, size);
5369         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
5370 }
5371
5372 /*
5373  * Returns true if all of the specified predicates are true for the entire
5374  * (super)page and false otherwise.
5375  */
5376 bool
5377 vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m)
5378 {
5379         vm_object_t object;
5380         int i, npages;
5381
5382         object = m->object;
5383         if (skip_m != NULL && skip_m->object != object)
5384                 return (false);
5385         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
5386         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
5387
5388         /*
5389          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
5390          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
5391          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
5392          */
5393         for (i = 0; i < npages; i++) {
5394                 /* Always test object consistency, including "skip_m". */
5395                 if (m[i].object != object)
5396                         return (false);
5397                 if (&m[i] == skip_m)
5398                         continue;
5399                 if ((flags & PS_NONE_BUSY) != 0 && vm_page_busied(&m[i]))
5400                         return (false);
5401                 if ((flags & PS_ALL_DIRTY) != 0) {
5402                         /*
5403                          * Calling vm_page_test_dirty() or pmap_is_modified()
5404                          * might stop this case from spuriously returning
5405                          * "false".  However, that would require a write lock
5406                          * on the object containing "m[i]".
5407                          */
5408                         if (m[i].dirty != VM_PAGE_BITS_ALL)
5409                                 return (false);
5410                 }
5411                 if ((flags & PS_ALL_VALID) != 0 &&
5412                     m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
5413                         return (false);
5414         }
5415         return (true);
5416 }
5417
5418 /*
5419  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
5420  */
5421 void
5422 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
5423 {
5424
5425         vm_page_assert_busied(m);
5426         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
5427                 vm_page_dirty(m);
5428 }
5429
5430 void
5431 vm_page_valid(vm_page_t m)
5432 {
5433
5434         vm_page_assert_busied(m);
5435         if (vm_page_xbusied(m))
5436                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
5437         else
5438                 vm_page_bits_set(m, &m->valid, VM_PAGE_BITS_ALL);
5439 }
5440
5441 void
5442 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
5443 {
5444
5445         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
5446 }
5447
5448 void
5449 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
5450 {
5451
5452         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
5453 }
5454
5455 int
5456 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
5457 {
5458
5459         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
5460 }
5461
5462 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
5463 void
5464 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
5465 {
5466
5467         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
5468 }
5469
5470 void
5471 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
5472 {
5473
5474         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
5475 }
5476 #endif
5477
5478 #ifdef INVARIANTS
5479 void
5480 vm_page_object_busy_assert(vm_page_t m)
5481 {
5482
5483         /*
5484          * Certain of the page's fields may only be modified by the
5485          * holder of a page or object busy.
5486          */
5487         if (m->object != NULL && !vm_page_busied(m))
5488                 VM_OBJECT_ASSERT_BUSY(m->object);
5489 }
5490
5491 void
5492 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint16_t bits)
5493 {
5494
5495         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
5496                 return;
5497
5498         /*
5499          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
5500          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
5501          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
5502          */
5503         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5504             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
5505         if (!vm_page_xbusied(m))
5506                 VM_OBJECT_ASSERT_BUSY(m->object);
5507 }
5508 #endif
5509
5510 #include "opt_ddb.h"
5511 #ifdef DDB
5512 #include <sys/kernel.h>
5513
5514 #include <ddb/ddb.h>
5515
5516 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
5517 {
5518
5519         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_free_count());
5520         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_inactive_count());
5521         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_active_count());
5522         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_laundry_count());
5523         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_wire_count());
5524         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
5525         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
5526         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
5527         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
5528 }
5529
5530 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
5531 {
5532         int dom;
5533
5534         db_printf("pq_free %d\n", vm_free_count());
5535         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
5536                 db_printf(
5537     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
5538                     dom,
5539                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
5540                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
5541                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
5542                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
5543                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
5544                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
5545         }
5546 }
5547
5548 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
5549 {
5550         vm_page_t m;
5551         boolean_t phys, virt;
5552
5553         if (!have_addr) {
5554                 db_printf("show pginfo addr\n");
5555                 return;
5556         }
5557
5558         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
5559         virt = strchr(modif, 'v') != NULL;
5560         if (virt)
5561                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(addr));
5562         else if (phys)
5563                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
5564         else
5565                 m = (vm_page_t)addr;
5566         db_printf(
5567     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d ref 0x%x\n"
5568     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
5569             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
5570             m->a.queue, m->ref_count, m->a.flags, m->oflags,
5571             m->flags, m->a.act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
5572 }
5573 #endif /* DDB */