]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
The intent of the freeing the (zeroed) page in vm_page_cache() for
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
33  */
34
35 /*-
36  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
37  * All rights reserved.
38  *
39  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
40  *
41  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
42  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
43  * notice and this permission notice appear in all copies of the
44  * software, derivative works or modified versions, and any portions
45  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
46  *
47  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
48  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
49  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
50  *
51  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
52  *
53  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
54  *  School of Computer Science
55  *  Carnegie Mellon University
56  *  Pittsburgh PA 15213-3890
57  *
58  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
59  * rights to redistribute these changes.
60  */
61
62 /*
63  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
64  *
65  *      - a pageq mutex is required when adding or removing a page from a
66  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
67  *        busy state of a page.
68  *
69  *      - a hash chain mutex is required when associating or disassociating
70  *        a page from the VM PAGE CACHE hash table (vm_page_buckets),
71  *        regardless of other mutexes or the busy state of a page.
72  *
73  *      - either a hash chain mutex OR a busied page is required in order
74  *        to modify the page flags.  A hash chain mutex must be obtained in
75  *        order to busy a page.  A page's flags cannot be modified by a
76  *        hash chain mutex if the page is marked busy.
77  *
78  *      - The object memq mutex is held when inserting or removing
79  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).  This
80  *        is different from the object's main mutex.
81  *
82  *      Generally speaking, you have to be aware of side effects when running
83  *      vm_page ops.  A vm_page_lookup() will return with the hash chain
84  *      locked, whether it was able to lookup the page or not.  vm_page_free(),
85  *      vm_page_cache(), vm_page_activate(), and a number of other routines
86  *      will release the hash chain mutex for you.  Intermediate manipulation
87  *      routines such as vm_page_flag_set() expect the hash chain to be held
88  *      on entry and the hash chain will remain held on return.
89  *
90  *      pageq scanning can only occur with the pageq in question locked.
91  *      We have a known bottleneck with the active queue, but the cache
92  *      and free queues are actually arrays already. 
93  */
94
95 /*
96  *      Resident memory management module.
97  */
98
99 #include <sys/cdefs.h>
100 __FBSDID("$FreeBSD$");
101
102 #include <sys/param.h>
103 #include <sys/systm.h>
104 #include <sys/lock.h>
105 #include <sys/kernel.h>
106 #include <sys/malloc.h>
107 #include <sys/mutex.h>
108 #include <sys/proc.h>
109 #include <sys/sysctl.h>
110 #include <sys/vmmeter.h>
111 #include <sys/vnode.h>
112
113 #include <vm/vm.h>
114 #include <vm/vm_param.h>
115 #include <vm/vm_kern.h>
116 #include <vm/vm_object.h>
117 #include <vm/vm_page.h>
118 #include <vm/vm_pageout.h>
119 #include <vm/vm_pager.h>
120 #include <vm/vm_phys.h>
121 #include <vm/vm_extern.h>
122 #include <vm/uma.h>
123 #include <vm/uma_int.h>
124
125 #include <machine/md_var.h>
126
127 /*
128  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
129  *      page structure.
130  */
131
132 struct mtx vm_page_queue_mtx;
133 struct mtx vm_page_queue_free_mtx;
134
135 vm_page_t vm_page_array = 0;
136 int vm_page_array_size = 0;
137 long first_page = 0;
138 int vm_page_zero_count = 0;
139
140 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
141 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
142 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
143         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
144
145 /*
146  *      vm_set_page_size:
147  *
148  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
149  *      size.  Must be called before any use of page-size
150  *      dependent functions.
151  */
152 void
153 vm_set_page_size(void)
154 {
155         if (cnt.v_page_size == 0)
156                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
157         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
158                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
159 }
160
161 /*
162  *      vm_page_blacklist_lookup:
163  *
164  *      See if a physical address in this page has been listed
165  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
166  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
167  *      encountered then the rest of the string is skipped.
168  */
169 static int
170 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
171 {
172         vm_paddr_t bad;
173         char *cp, *pos;
174
175         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
176                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
177                 if (*cp != '\0') {
178                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
179                                 cp++;
180                                 if (cp == pos)
181                                         continue;
182                         } else
183                                 break;
184                 }
185                 if (pa == trunc_page(bad))
186                         return (1);
187         }
188         return (0);
189 }
190
191 /*
192  *      vm_page_startup:
193  *
194  *      Initializes the resident memory module.
195  *
196  *      Allocates memory for the page cells, and
197  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
198  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
199  */
200 vm_offset_t
201 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
202 {
203         vm_offset_t mapped;
204         vm_size_t npages;
205         vm_paddr_t page_range;
206         vm_paddr_t new_end;
207         int i;
208         vm_paddr_t pa;
209         int nblocks;
210         vm_paddr_t last_pa;
211         char *list;
212
213         /* the biggest memory array is the second group of pages */
214         vm_paddr_t end;
215         vm_paddr_t biggestsize;
216         vm_paddr_t low_water, high_water;
217         int biggestone;
218
219         vm_paddr_t total;
220
221         total = 0;
222         biggestsize = 0;
223         biggestone = 0;
224         nblocks = 0;
225         vaddr = round_page(vaddr);
226
227         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
228                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
229                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
230         }
231
232         low_water = phys_avail[0];
233         high_water = phys_avail[1];
234
235         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
236                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
237
238                 if (size > biggestsize) {
239                         biggestone = i;
240                         biggestsize = size;
241                 }
242                 if (phys_avail[i] < low_water)
243                         low_water = phys_avail[i];
244                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
245                         high_water = phys_avail[i + 1];
246                 ++nblocks;
247                 total += size;
248         }
249
250         end = phys_avail[biggestone+1];
251
252         /*
253          * Initialize the locks.
254          */
255         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue mutex", NULL, MTX_DEF |
256             MTX_RECURSE);
257         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page queue free mutex", NULL,
258             MTX_DEF);
259
260         /*
261          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
262          * and the inactive queue.
263          */
264         vm_pageq_init();
265
266         /*
267          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
268          * allocator.
269          */
270         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
271         new_end = trunc_page(new_end);
272         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
273             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
274         bzero((void *)mapped, end - new_end);
275         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
276
277 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__)
278         /*
279          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
280          * needs to be included in a minidump.
281          *
282          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
283          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
284          *
285          * However, i386 still needs this workspace internally within the
286          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
287          * included should the sf_buf code decide to use them.
288          */
289         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
290         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
291         new_end -= vm_page_dump_size;
292         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
293             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
294         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
295 #endif
296         /*
297          * Compute the number of pages of memory that will be available for
298          * use (taking into account the overhead of a page structure per
299          * page).
300          */
301         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
302 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
303         page_range = 0;
304         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
305                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
306 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
307         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
308 #else
309 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
310 #endif
311         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
312             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
313         end = new_end;
314
315         /*
316          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
317          */
318         vaddr += PAGE_SIZE;
319
320         /*
321          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
322          * queue.
323          */
324         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
325         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
326             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
327         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
328 #ifdef __amd64__
329         /*
330          * pmap_map on amd64 comes out of the direct-map, not kvm like i386,
331          * so the pages must be tracked for a crashdump to include this data.
332          * This includes the vm_page_array and the early UMA bootstrap pages.
333          */
334         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
335                 dump_add_page(pa);
336 #endif  
337         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
338
339         /*
340          * Clear all of the page structures
341          */
342         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
343         for (i = 0; i < page_range; i++)
344                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
345         vm_page_array_size = page_range;
346
347         /*
348          * This assertion tests the hypothesis that npages and total are
349          * redundant.  XXX
350          */
351         page_range = 0;
352         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
353                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
354         KASSERT(page_range == npages,
355             ("vm_page_startup: inconsistent page counts"));
356
357         /*
358          * Initialize the physical memory allocator.
359          */
360         vm_phys_init();
361
362         /*
363          * Add every available physical page that is not blacklisted to
364          * the free lists.
365          */
366         cnt.v_page_count = 0;
367         cnt.v_free_count = 0;
368         list = getenv("vm.blacklist");
369         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
370                 pa = phys_avail[i];
371                 last_pa = phys_avail[i + 1];
372                 while (pa < last_pa) {
373                         if (list != NULL &&
374                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
375                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
376                                     (uintmax_t)pa);
377                         else
378                                 vm_phys_add_page(pa);
379                         pa += PAGE_SIZE;
380                 }
381         }
382         freeenv(list);
383         return (vaddr);
384 }
385
386 void
387 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned short bits)
388 {
389
390         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
391         m->flags |= bits;
392
393
394 void
395 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned short bits)
396 {
397
398         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
399         m->flags &= ~bits;
400 }
401
402 void
403 vm_page_busy(vm_page_t m)
404 {
405
406         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
407         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
408             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
409         m->oflags |= VPO_BUSY;
410 }
411
412 /*
413  *      vm_page_flash:
414  *
415  *      wakeup anyone waiting for the page.
416  */
417 void
418 vm_page_flash(vm_page_t m)
419 {
420
421         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
422         if (m->oflags & VPO_WANTED) {
423                 m->oflags &= ~VPO_WANTED;
424                 wakeup(m);
425         }
426 }
427
428 /*
429  *      vm_page_wakeup:
430  *
431  *      clear the VPO_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
432  *      page.
433  *
434  */
435 void
436 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
437 {
438
439         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
440         KASSERT(m->oflags & VPO_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
441         m->oflags &= ~VPO_BUSY;
442         vm_page_flash(m);
443 }
444
445 void
446 vm_page_io_start(vm_page_t m)
447 {
448
449         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
450         m->busy++;
451 }
452
453 void
454 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
455 {
456
457         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
458         m->busy--;
459         if (m->busy == 0)
460                 vm_page_flash(m);
461 }
462
463 /*
464  * Keep page from being freed by the page daemon
465  * much of the same effect as wiring, except much lower
466  * overhead and should be used only for *very* temporary
467  * holding ("wiring").
468  */
469 void
470 vm_page_hold(vm_page_t mem)
471 {
472
473         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
474         mem->hold_count++;
475 }
476
477 void
478 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
479 {
480
481         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
482         --mem->hold_count;
483         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
484         if (mem->hold_count == 0 && VM_PAGE_INQUEUE2(mem, PQ_HOLD))
485                 vm_page_free_toq(mem);
486 }
487
488 /*
489  *      vm_page_free:
490  *
491  *      Free a page.
492  */
493 void
494 vm_page_free(vm_page_t m)
495 {
496
497         m->flags &= ~PG_ZERO;
498         vm_page_free_toq(m);
499 }
500
501 /*
502  *      vm_page_free_zero:
503  *
504  *      Free a page to the zerod-pages queue
505  */
506 void
507 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
508 {
509
510         m->flags |= PG_ZERO;
511         vm_page_free_toq(m);
512 }
513
514 /*
515  *      vm_page_sleep:
516  *
517  *      Sleep and release the page queues lock.
518  *
519  *      The object containing the given page must be locked.
520  */
521 void
522 vm_page_sleep(vm_page_t m, const char *msg)
523 {
524
525         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
526         if (!mtx_owned(&vm_page_queue_mtx))
527                 vm_page_lock_queues();
528         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
529         vm_page_unlock_queues();
530
531         /*
532          * It's possible that while we sleep, the page will get
533          * unbusied and freed.  If we are holding the object
534          * lock, we will assume we hold a reference to the object
535          * such that even if m->object changes, we can re-lock
536          * it.
537          */
538         m->oflags |= VPO_WANTED;
539         msleep(m, VM_OBJECT_MTX(m->object), PVM, msg, 0);
540 }
541
542 /*
543  *      vm_page_dirty:
544  *
545  *      make page all dirty
546  */
547 void
548 vm_page_dirty(vm_page_t m)
549 {
550         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
551             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
552         KASSERT(!VM_PAGE_IS_FREE(m),
553             ("vm_page_dirty: page is free!"));
554         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
555 }
556
557 /*
558  *      vm_page_splay:
559  *
560  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
561  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
562  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
563  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
564  */
565 vm_page_t
566 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
567 {
568         struct vm_page dummy;
569         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
570
571         if (root == NULL)
572                 return (root);
573         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
574         for (;; root = y) {
575                 if (pindex < root->pindex) {
576                         if ((y = root->left) == NULL)
577                                 break;
578                         if (pindex < y->pindex) {
579                                 /* Rotate right. */
580                                 root->left = y->right;
581                                 y->right = root;
582                                 root = y;
583                                 if ((y = root->left) == NULL)
584                                         break;
585                         }
586                         /* Link into the new root's right tree. */
587                         righttreemin->left = root;
588                         righttreemin = root;
589                 } else if (pindex > root->pindex) {
590                         if ((y = root->right) == NULL)
591                                 break;
592                         if (pindex > y->pindex) {
593                                 /* Rotate left. */
594                                 root->right = y->left;
595                                 y->left = root;
596                                 root = y;
597                                 if ((y = root->right) == NULL)
598                                         break;
599                         }
600                         /* Link into the new root's left tree. */
601                         lefttreemax->right = root;
602                         lefttreemax = root;
603                 } else
604                         break;
605         }
606         /* Assemble the new root. */
607         lefttreemax->right = root->left;
608         righttreemin->left = root->right;
609         root->left = dummy.right;
610         root->right = dummy.left;
611         return (root);
612 }
613
614 /*
615  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
616  *
617  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
618  *
619  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
620  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
621  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
622  *      here so we *can't* do this anyway.
623  *
624  *      The object and page must be locked.
625  *      This routine may not block.
626  */
627 void
628 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
629 {
630         vm_page_t root;
631
632         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
633         if (m->object != NULL)
634                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
635
636         /*
637          * Record the object/offset pair in this page
638          */
639         m->object = object;
640         m->pindex = pindex;
641
642         /*
643          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
644          */
645         root = object->root;
646         if (root == NULL) {
647                 m->left = NULL;
648                 m->right = NULL;
649                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
650         } else {
651                 root = vm_page_splay(pindex, root);
652                 if (pindex < root->pindex) {
653                         m->left = root->left;
654                         m->right = root;
655                         root->left = NULL;
656                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
657                 } else if (pindex == root->pindex)
658                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
659                 else {
660                         m->right = root->right;
661                         m->left = root;
662                         root->right = NULL;
663                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
664                 }
665         }
666         object->root = m;
667         object->generation++;
668
669         /*
670          * show that the object has one more resident page.
671          */
672         object->resident_page_count++;
673         /*
674          * Hold the vnode until the last page is released.
675          */
676         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
677                 vhold((struct vnode *)object->handle);
678
679         /*
680          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
681          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
682          */
683         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
684                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
685 }
686
687 /*
688  *      vm_page_remove:
689  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
690  *
691  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
692  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
693  *      the backing store.
694  *
695  *      The object and page must be locked.
696  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
697  *      This routine may not block.
698  */
699 void
700 vm_page_remove(vm_page_t m)
701 {
702         vm_object_t object;
703         vm_page_t root;
704
705         if ((object = m->object) == NULL)
706                 return;
707         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
708         if (m->oflags & VPO_BUSY) {
709                 m->oflags &= ~VPO_BUSY;
710                 vm_page_flash(m);
711         }
712         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
713
714         /*
715          * Now remove from the object's list of backed pages.
716          */
717         if (m != object->root)
718                 vm_page_splay(m->pindex, object->root);
719         if (m->left == NULL)
720                 root = m->right;
721         else {
722                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
723                 root->right = m->right;
724         }
725         object->root = root;
726         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
727
728         /*
729          * And show that the object has one fewer resident page.
730          */
731         object->resident_page_count--;
732         object->generation++;
733         /*
734          * The vnode may now be recycled.
735          */
736         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
737                 vdrop((struct vnode *)object->handle);
738
739         m->object = NULL;
740 }
741
742 /*
743  *      vm_page_lookup:
744  *
745  *      Returns the page associated with the object/offset
746  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
747  *
748  *      The object must be locked.
749  *      This routine may not block.
750  *      This is a critical path routine
751  */
752 vm_page_t
753 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
754 {
755         vm_page_t m;
756
757         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
758         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
759                 m = vm_page_splay(pindex, m);
760                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
761                         m = NULL;
762         }
763         return (m);
764 }
765
766 /*
767  *      vm_page_rename:
768  *
769  *      Move the given memory entry from its
770  *      current object to the specified target object/offset.
771  *
772  *      The object must be locked.
773  *      This routine may not block.
774  *
775  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
776  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
777  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
778  *            moving the page from object A to B, and will then later move
779  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
780  *
781  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
782  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
783  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
784  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
785  *            on the cache.
786  */
787 void
788 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
789 {
790
791         vm_page_remove(m);
792         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
793         vm_page_dirty(m);
794 }
795
796 /*
797  *      Convert all of the given object's cached pages that have a
798  *      pindex within the given range into free pages.  If the value
799  *      zero is given for "end", then the range's upper bound is
800  *      infinity.  If the given object is backed by a vnode and it
801  *      transitions from having one or more cached pages to none, the
802  *      vnode's hold count is reduced. 
803  */
804 void
805 vm_page_cache_free(vm_object_t object, vm_pindex_t start, vm_pindex_t end)
806 {
807         vm_page_t m, m_next;
808         boolean_t empty;
809
810         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
811         if (__predict_false(object->cache == NULL)) {
812                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
813                 return;
814         }
815         m = object->cache = vm_page_splay(start, object->cache);
816         if (m->pindex < start) {
817                 if (m->right == NULL)
818                         m = NULL;
819                 else {
820                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
821                         m_next->left = m;
822                         m->right = NULL;
823                         m = object->cache = m_next;
824                 }
825         }
826
827         /*
828          * At this point, "m" is either (1) a reference to the page
829          * with the least pindex that is greater than or equal to
830          * "start" or (2) NULL.
831          */
832         for (; m != NULL && (m->pindex < end || end == 0); m = m_next) {
833                 /*
834                  * Find "m"'s successor and remove "m" from the
835                  * object's cache.
836                  */
837                 if (m->right == NULL) {
838                         object->cache = m->left;
839                         m_next = NULL;
840                 } else {
841                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
842                         m_next->left = m->left;
843                         object->cache = m_next;
844                 }
845                 /* Convert "m" to a free page. */
846                 m->object = NULL;
847                 m->valid = 0;
848                 /* Clear PG_CACHED and set PG_FREE. */
849                 m->flags ^= PG_CACHED | PG_FREE;
850                 KASSERT((m->flags & (PG_CACHED | PG_FREE)) == PG_FREE,
851                     ("vm_page_cache_free: page %p has inconsistent flags", m));
852                 cnt.v_cache_count--;
853                 cnt.v_free_count++;
854         }
855         empty = object->cache == NULL;
856         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
857         if (object->type == OBJT_VNODE && empty)
858                 vdrop(object->handle);
859 }
860
861 /*
862  *      Returns the cached page that is associated with the given
863  *      object and offset.  If, however, none exists, returns NULL.
864  *
865  *      The free page queue must be locked.
866  */
867 static inline vm_page_t
868 vm_page_cache_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
869 {
870         vm_page_t m;
871
872         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
873         if ((m = object->cache) != NULL && m->pindex != pindex) {
874                 m = vm_page_splay(pindex, m);
875                 if ((object->cache = m)->pindex != pindex)
876                         m = NULL;
877         }
878         return (m);
879 }
880
881 /*
882  *      Remove the given cached page from its containing object's
883  *      collection of cached pages.
884  *
885  *      The free page queue must be locked.
886  */
887 void
888 vm_page_cache_remove(vm_page_t m)
889 {
890         vm_object_t object;
891         vm_page_t root;
892
893         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
894         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) != 0,
895             ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached", m));
896         object = m->object;
897         if (m != object->cache) {
898                 root = vm_page_splay(m->pindex, object->cache);
899                 KASSERT(root == m,
900                     ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached in object %p",
901                     m, object));
902         }
903         if (m->left == NULL)
904                 root = m->right;
905         else if (m->right == NULL)
906                 root = m->left;
907         else {
908                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
909                 root->right = m->right;
910         }
911         object->cache = root;
912         m->object = NULL;
913         cnt.v_cache_count--;
914 }
915
916 /*
917  *      Transfer all of the cached pages with offset greater than or
918  *      equal to 'offidxstart' from the original object's cache to the
919  *      new object's cache.  However, any cached pages with offset
920  *      greater than or equal to the new object's size are kept in the
921  *      original object.  Initially, the new object's cache must be
922  *      empty.  Offset 'offidxstart' in the original object must
923  *      correspond to offset zero in the new object.
924  *
925  *      The new object must be locked.
926  */
927 void
928 vm_page_cache_transfer(vm_object_t orig_object, vm_pindex_t offidxstart,
929     vm_object_t new_object)
930 {
931         vm_page_t m, m_next;
932
933         /*
934          * Insertion into an object's collection of cached pages
935          * requires the object to be locked.  In contrast, removal does
936          * not.
937          */
938         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(new_object, MA_OWNED);
939         KASSERT(new_object->cache == NULL,
940             ("vm_page_cache_transfer: object %p has cached pages",
941             new_object));
942         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
943         if ((m = orig_object->cache) != NULL) {
944                 /*
945                  * Transfer all of the pages with offset greater than or
946                  * equal to 'offidxstart' from the original object's
947                  * cache to the new object's cache.
948                  */
949                 m = vm_page_splay(offidxstart, m);
950                 if (m->pindex < offidxstart) {
951                         orig_object->cache = m;
952                         new_object->cache = m->right;
953                         m->right = NULL;
954                 } else {
955                         orig_object->cache = m->left;
956                         new_object->cache = m;
957                         m->left = NULL;
958                 }
959                 while ((m = new_object->cache) != NULL) {
960                         if ((m->pindex - offidxstart) >= new_object->size) {
961                                 /*
962                                  * Return all of the cached pages with
963                                  * offset greater than or equal to the
964                                  * new object's size to the original
965                                  * object's cache. 
966                                  */
967                                 new_object->cache = m->left;
968                                 m->left = orig_object->cache;
969                                 orig_object->cache = m;
970                                 break;
971                         }
972                         m_next = vm_page_splay(m->pindex, m->right);
973                         /* Update the page's object and offset. */
974                         m->object = new_object;
975                         m->pindex -= offidxstart;
976                         if (m_next == NULL)
977                                 break;
978                         m->right = NULL;
979                         m_next->left = m;
980                         new_object->cache = m_next;
981                 }
982                 KASSERT(new_object->cache == NULL ||
983                     new_object->type == OBJT_SWAP,
984                     ("vm_page_cache_transfer: object %p's type is incompatible"
985                     " with cached pages", new_object));
986         }
987         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
988 }
989
990 /*
991  *      vm_page_alloc:
992  *
993  *      Allocate and return a memory cell associated
994  *      with this VM object/offset pair.
995  *
996  *      page_req classes:
997  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
998  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
999  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1000  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
1001  *
1002  *      This routine may not block.
1003  */
1004 vm_page_t
1005 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1006 {
1007         struct vnode *vp = NULL;
1008         vm_object_t m_object;
1009         vm_page_t m;
1010         int flags, page_req;
1011
1012         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1013         KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0 ||
1014             page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT,
1015             ("vm_page_alloc(NORMAL|SYSTEM) in interrupt context"));
1016
1017         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
1018                 KASSERT(object != NULL,
1019                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
1020                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1021         }
1022
1023         /*
1024          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
1025          */
1026         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
1027                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
1028         };
1029
1030         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1031         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1032             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
1033             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1034             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1035             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1036                 /*
1037                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
1038                  * exceeds the minimum for the request class.
1039                  */
1040                 if (object != NULL &&
1041                     (m = vm_page_cache_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1042                         if ((req & VM_ALLOC_IFNOTCACHED) != 0) {
1043                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1044                                 return (NULL);
1045                         }
1046                         vm_phys_unfree_page(m);
1047                 } else if ((req & VM_ALLOC_IFCACHED) != 0) {
1048                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1049                         return (NULL);
1050                 } else
1051                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1052                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1053         } else {
1054                 /*
1055                  * Not allocatable, give up.
1056                  */
1057                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1058                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
1059                 pagedaemon_wakeup();
1060                 return (NULL);
1061         }
1062
1063         /*
1064          *  At this point we had better have found a good page.
1065          */
1066
1067         KASSERT(
1068             m != NULL,
1069             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue")
1070         );
1071         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1072                 KASSERT(m->valid != 0,
1073                     ("vm_page_alloc: cached page %p is invalid", m));
1074                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
1075                         cnt.v_reactivated++;
1076                 else
1077                         m->valid = 0;
1078                 m_object = m->object;
1079                 vm_page_cache_remove(m);
1080                 if (m_object->type == OBJT_VNODE && m_object->cache == NULL)
1081                         vp = m_object->handle;
1082         } else {
1083                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1084                     ("vm_page_alloc: page %p is not free", m));
1085                 KASSERT(m->valid == 0,
1086                     ("vm_page_alloc: free page %p is valid", m));
1087                 cnt.v_free_count--;
1088         }
1089
1090         /*
1091          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1092          */
1093         flags = 0;
1094         if (m->flags & PG_ZERO) {
1095                 vm_page_zero_count--;
1096                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
1097                         flags = PG_ZERO;
1098         }
1099         if (object == NULL || object->type == OBJT_PHYS)
1100                 flags |= PG_UNMANAGED;
1101         m->flags = flags;
1102         if (req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ))
1103                 m->oflags = 0;
1104         else
1105                 m->oflags = VPO_BUSY;
1106         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1107                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1108                 m->wire_count = 1;
1109         } else
1110                 m->wire_count = 0;
1111         m->hold_count = 0;
1112         m->act_count = 0;
1113         m->busy = 0;
1114         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
1115         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1116
1117         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0)
1118                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1119         else
1120                 m->pindex = pindex;
1121
1122         /*
1123          * The following call to vdrop() must come after the above call
1124          * to vm_page_insert() in case both affect the same object and
1125          * vnode.  Otherwise, the affected vnode's hold count could
1126          * temporarily become zero.
1127          */
1128         if (vp != NULL)
1129                 vdrop(vp);
1130
1131         /*
1132          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1133          * we would be nearly out of memory.
1134          */
1135         if (vm_paging_needed())
1136                 pagedaemon_wakeup();
1137
1138         return (m);
1139 }
1140
1141 /*
1142  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
1143  *
1144  *      Block until free pages are available for allocation
1145  *      - Called in various places before memory allocations.
1146  */
1147 void
1148 vm_wait(void)
1149 {
1150
1151         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1152         if (curproc == pageproc) {
1153                 vm_pageout_pages_needed = 1;
1154                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
1155                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
1156         } else {
1157                 if (!vm_pages_needed) {
1158                         vm_pages_needed = 1;
1159                         wakeup(&vm_pages_needed);
1160                 }
1161                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
1162                     "vmwait", 0);
1163         }
1164 }
1165
1166 /*
1167  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1168  *
1169  *      Block until free pages are available for allocation
1170  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1171  *        can be easily tracked.
1172  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1173  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1174  *        this balance without careful testing first.
1175  */
1176 void
1177 vm_waitpfault(void)
1178 {
1179
1180         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1181         if (!vm_pages_needed) {
1182                 vm_pages_needed = 1;
1183                 wakeup(&vm_pages_needed);
1184         }
1185         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
1186             "pfault", 0);
1187 }
1188
1189 /*
1190  *      vm_page_activate:
1191  *
1192  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1193  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1194  *      mess with it.
1195  *
1196  *      The page queues must be locked.
1197  *      This routine may not block.
1198  */
1199 void
1200 vm_page_activate(vm_page_t m)
1201 {
1202
1203         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1204         if (VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE2(m) != PQ_ACTIVE) {
1205                 vm_pageq_remove(m);
1206                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1207                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1208                                 m->act_count = ACT_INIT;
1209                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1210                 }
1211         } else {
1212                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1213                         m->act_count = ACT_INIT;
1214         }
1215 }
1216
1217 /*
1218  *      vm_page_free_wakeup:
1219  *
1220  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1221  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1222  *      queues.
1223  *
1224  *      The page queues must be locked.
1225  *      This routine may not block.
1226  */
1227 static inline void
1228 vm_page_free_wakeup(void)
1229 {
1230
1231         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1232         /*
1233          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1234          * some free.
1235          */
1236         if (vm_pageout_pages_needed &&
1237             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1238                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1239                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1240         }
1241         /*
1242          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1243          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1244          * lots of memory. this process will swapin processes.
1245          */
1246         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1247                 vm_pages_needed = 0;
1248                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1249         }
1250 }
1251
1252 /*
1253  *      vm_page_free_toq:
1254  *
1255  *      Returns the given page to the free list,
1256  *      disassociating it with any VM object.
1257  *
1258  *      Object and page must be locked prior to entry.
1259  *      This routine may not block.
1260  */
1261
1262 void
1263 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1264 {
1265
1266         if (VM_PAGE_GETQUEUE(m) != PQ_NONE)
1267                 mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1268         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
1269             ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
1270         PCPU_INC(cnt.v_tfree);
1271
1272         if (m->busy || VM_PAGE_IS_FREE(m)) {
1273                 printf(
1274                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), VPO_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1275                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->oflags & VPO_BUSY) ? 1 : 0,
1276                     m->hold_count);
1277                 if (VM_PAGE_IS_FREE(m))
1278                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1279                 else
1280                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1281         }
1282
1283         /*
1284          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1285          * the page here because we do not want to call the pager's
1286          * callback routine until after we've put the page on the
1287          * appropriate free queue.
1288          */
1289         vm_pageq_remove(m);
1290         vm_page_remove(m);
1291
1292         /*
1293          * If fictitious remove object association and
1294          * return, otherwise delay object association removal.
1295          */
1296         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1297                 return;
1298         }
1299
1300         m->valid = 0;
1301         vm_page_undirty(m);
1302
1303         if (m->wire_count != 0) {
1304                 if (m->wire_count > 1) {
1305                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1306                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1307                 }
1308                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1309         }
1310         if (m->hold_count != 0) {
1311                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1312                 vm_pageq_enqueue(PQ_HOLD, m);
1313         } else {
1314                 m->flags |= PG_FREE;
1315                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1316                 cnt.v_free_count++;
1317                 if ((m->flags & PG_ZERO) != 0) {
1318                         vm_phys_free_pages(m, 0);
1319                         ++vm_page_zero_count;
1320                 } else {
1321                         vm_phys_free_pages(m, 0);
1322                         vm_page_zero_idle_wakeup();
1323                 }
1324                 vm_page_free_wakeup();
1325                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1326         }
1327 }
1328
1329 /*
1330  *      vm_page_wire:
1331  *
1332  *      Mark this page as wired down by yet
1333  *      another map, removing it from paging queues
1334  *      as necessary.
1335  *
1336  *      The page queues must be locked.
1337  *      This routine may not block.
1338  */
1339 void
1340 vm_page_wire(vm_page_t m)
1341 {
1342
1343         /*
1344          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1345          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1346          * it is already off the queues).
1347          */
1348         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1349         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1350                 return;
1351         if (m->wire_count == 0) {
1352                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1353                         vm_pageq_remove(m);
1354                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1355         }
1356         m->wire_count++;
1357         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1358 }
1359
1360 /*
1361  *      vm_page_unwire:
1362  *
1363  *      Release one wiring of this page, potentially
1364  *      enabling it to be paged again.
1365  *
1366  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1367  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1368  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1369  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1370  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1371  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1372  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1373  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1374  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1375  *      reused more quickly.
1376  *
1377  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1378  *      put clean pages on the cache queue.
1379  *
1380  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1381  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1382  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1383  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1384  *
1385  *      The page queues must be locked.
1386  *      This routine may not block.
1387  */
1388 void
1389 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1390 {
1391
1392         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1393         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1394                 return;
1395         if (m->wire_count > 0) {
1396                 m->wire_count--;
1397                 if (m->wire_count == 0) {
1398                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1399                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1400                                 ;
1401                         } else if (activate)
1402                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1403                         else {
1404                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1405                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1406                         }
1407                 }
1408         } else {
1409                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1410         }
1411 }
1412
1413
1414 /*
1415  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1416  * any associated swap, the swap is deallocated.
1417  *
1418  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1419  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1420  * except without unmapping it from the process address space.
1421  *
1422  * This routine may not block.
1423  */
1424 static inline void
1425 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1426 {
1427
1428         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1429
1430         /*
1431          * Ignore if already inactive.
1432          */
1433         if (VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE))
1434                 return;
1435         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1436                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1437                 vm_pageq_remove(m);
1438                 if (athead)
1439                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1440                 else
1441                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1442                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_INACTIVE);
1443                 cnt.v_inactive_count++;
1444         }
1445 }
1446
1447 void
1448 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1449 {
1450     _vm_page_deactivate(m, 0);
1451 }
1452
1453 /*
1454  * vm_page_try_to_cache:
1455  *
1456  * Returns 0 on failure, 1 on success
1457  */
1458 int
1459 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1460 {
1461
1462         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1463         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1464         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1465             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1466                 return (0);
1467         }
1468         pmap_remove_all(m);
1469         if (m->dirty)
1470                 return (0);
1471         vm_page_cache(m);
1472         return (1);
1473 }
1474
1475 /*
1476  * vm_page_try_to_free()
1477  *
1478  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1479  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1480  */
1481 int
1482 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1483 {
1484
1485         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1486         if (m->object != NULL)
1487                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1488         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1489             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1490                 return (0);
1491         }
1492         pmap_remove_all(m);
1493         if (m->dirty)
1494                 return (0);
1495         vm_page_free(m);
1496         return (1);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * vm_page_cache
1501  *
1502  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1503  *
1504  * This routine may not block.
1505  */
1506 void
1507 vm_page_cache(vm_page_t m)
1508 {
1509         vm_object_t object;
1510         vm_page_t root;
1511
1512         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1513         object = m->object;
1514         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1515         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || (m->oflags & VPO_BUSY) || m->busy ||
1516             m->hold_count || m->wire_count) {
1517                 panic("vm_page_cache: attempting to cache busy page");
1518         }
1519         pmap_remove_all(m);
1520         if (m->dirty != 0)
1521                 panic("vm_page_cache: page %p is dirty", m);
1522         if (m->valid == 0 || object->type == OBJT_DEFAULT ||
1523             (object->type == OBJT_SWAP &&
1524             !vm_pager_has_page(object, m->pindex, NULL, NULL))) {
1525                 /*
1526                  * Hypothesis: A cache-elgible page belonging to a
1527                  * default object or swap object but without a backing
1528                  * store must be zero filled.
1529                  */
1530                 vm_page_free(m);
1531                 return;
1532         }
1533         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
1534             ("vm_page_cache: page %p is already cached", m));
1535         cnt.v_tcached++;
1536
1537         /*
1538          * Remove the page from the paging queues.
1539          */
1540         vm_pageq_remove(m);
1541
1542         /*
1543          * Remove the page from the object's collection of resident
1544          * pages. 
1545          */
1546         if (m != object->root)
1547                 vm_page_splay(m->pindex, object->root);
1548         if (m->left == NULL)
1549                 root = m->right;
1550         else {
1551                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
1552                 root->right = m->right;
1553         }
1554         object->root = root;
1555         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1556         object->resident_page_count--;
1557         object->generation++;
1558
1559         /*
1560          * Insert the page into the object's collection of cached pages
1561          * and the physical memory allocator's cache/free page queues.
1562          */
1563         vm_page_flag_set(m, PG_CACHED);
1564         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1565         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1566         vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_CACHE, m, 0);
1567         cnt.v_cache_count++;
1568         root = object->cache;
1569         if (root == NULL) {
1570                 m->left = NULL;
1571                 m->right = NULL;
1572         } else {
1573                 root = vm_page_splay(m->pindex, root);
1574                 if (m->pindex < root->pindex) {
1575                         m->left = root->left;
1576                         m->right = root;
1577                         root->left = NULL;
1578                 } else if (__predict_false(m->pindex == root->pindex))
1579                         panic("vm_page_cache: offset already cached");
1580                 else {
1581                         m->right = root->right;
1582                         m->left = root;
1583                         root->right = NULL;
1584                 }
1585         }
1586         object->cache = m;
1587         vm_phys_free_pages(m, 0);
1588         vm_page_free_wakeup();
1589         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1590
1591         /*
1592          * Increment the vnode's hold count if this is the object's only
1593          * cached page.  Decrement the vnode's hold count if this was
1594          * the object's only resident page.
1595          */
1596         if (object->type == OBJT_VNODE) {
1597                 if (root == NULL && object->resident_page_count != 0)
1598                         vhold(object->handle);
1599                 else if (root != NULL && object->resident_page_count == 0)
1600                         vdrop(object->handle);
1601         }
1602 }
1603
1604 /*
1605  * vm_page_dontneed
1606  *
1607  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1608  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1609  *
1610  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1611  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1612  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1613  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1614  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1615  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1616  *
1617  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1618  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1619  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1620  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1621  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1622  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1623  *      often.
1624  */
1625 void
1626 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1627 {
1628         static int dnweight;
1629         int dnw;
1630         int head;
1631
1632         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1633         dnw = ++dnweight;
1634
1635         /*
1636          * occassionally leave the page alone
1637          */
1638         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1639             VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE)) {
1640                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1641                         --m->act_count;
1642                 return;
1643         }
1644
1645         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
1646                 vm_page_dirty(m);
1647
1648         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1649                 /*
1650                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1651                  */
1652                 head = 0;
1653         } else {
1654                 /*
1655                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1656                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1657                  * at the head of the queue instead of the tail.
1658                  */
1659                 head = 1;
1660         }
1661         _vm_page_deactivate(m, head);
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1666  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1667  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
1668  * and then conditionally zero it.
1669  *
1670  * This routine may block.
1671  */
1672 vm_page_t
1673 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1674 {
1675         vm_page_t m;
1676
1677         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1678 retrylookup:
1679         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1680                 if (vm_page_sleep_if_busy(m, TRUE, "pgrbwt")) {
1681                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1682                                 return (NULL);
1683                         goto retrylookup;
1684                 } else {
1685                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1686                                 vm_page_lock_queues();
1687                                 vm_page_wire(m);
1688                                 vm_page_unlock_queues();
1689                         }
1690                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
1691                                 vm_page_busy(m);
1692                         return (m);
1693                 }
1694         }
1695         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1696         if (m == NULL) {
1697                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1698                 VM_WAIT;
1699                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1700                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1701                         return (NULL);
1702                 goto retrylookup;
1703         } else if (m->valid != 0)
1704                 return (m);
1705         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
1706                 pmap_zero_page(m);
1707         return (m);
1708 }
1709
1710 /*
1711  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1712  * a page.  May not block.
1713  *
1714  * Inputs are required to range within a page.
1715  */
1716 int
1717 vm_page_bits(int base, int size)
1718 {
1719         int first_bit;
1720         int last_bit;
1721
1722         KASSERT(
1723             base + size <= PAGE_SIZE,
1724             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1725         );
1726
1727         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1728                 return (0);
1729
1730         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1731         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1732
1733         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1734 }
1735
1736 /*
1737  *      vm_page_set_validclean:
1738  *
1739  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1740  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1741  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1742  *      such chunks will be zero'd.
1743  *
1744  *      This routine may not block.
1745  *
1746  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1747  */
1748 void
1749 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1750 {
1751         int pagebits;
1752         int frag;
1753         int endoff;
1754
1755         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1756         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1757         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1758                 return;
1759
1760         /*
1761          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1762          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1763          * first block.
1764          */
1765         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1766             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1767                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1768
1769         /*
1770          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1771          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1772          * the last block.
1773          */
1774         endoff = base + size;
1775         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1776             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1777                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1778                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1779
1780         /*
1781          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1782          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1783          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
1784          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1785          * be set again.
1786          *
1787          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1788          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1789          * the range.
1790          */
1791         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1792         m->valid |= pagebits;
1793 #if 0   /* NOT YET */
1794         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1795                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1796                 base += frag;
1797                 size -= frag;
1798                 if (size < 0)
1799                         size = 0;
1800         }
1801         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1802 #endif
1803         m->dirty &= ~pagebits;
1804         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1805                 pmap_clear_modify(m);
1806                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
1807         }
1808 }
1809
1810 void
1811 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1812 {
1813
1814         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1815         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1816 }
1817
1818 /*
1819  *      vm_page_set_invalid:
1820  *
1821  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1822  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1823  *
1824  *      May not block.
1825  */
1826 void
1827 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1828 {
1829         int bits;
1830
1831         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1832         bits = vm_page_bits(base, size);
1833         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1834         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
1835                 pmap_remove_all(m);
1836         m->valid &= ~bits;
1837         m->dirty &= ~bits;
1838         m->object->generation++;
1839 }
1840
1841 /*
1842  * vm_page_zero_invalid()
1843  *
1844  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1845  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1846  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1847  *      page so user code sees what it expects.
1848  *
1849  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1850  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1851  */
1852 void
1853 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1854 {
1855         int b;
1856         int i;
1857
1858         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1859         /*
1860          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1861          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1862          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1863          * vm_page_set_validclean().
1864          */
1865         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1866                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1867                     (m->valid & (1 << i))
1868                 ) {
1869                         if (i > b) {
1870                                 pmap_zero_page_area(m, 
1871                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1872                         }
1873                         b = i + 1;
1874                 }
1875         }
1876
1877         /*
1878          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1879          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1880          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1881          */
1882         if (setvalid)
1883                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1884 }
1885
1886 /*
1887  *      vm_page_is_valid:
1888  *
1889  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1890  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1891  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1892  *
1893  *      May not block.
1894  */
1895 int
1896 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1897 {
1898         int bits = vm_page_bits(base, size);
1899
1900         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1901         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1902                 return 1;
1903         else
1904                 return 0;
1905 }
1906
1907 /*
1908  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1909  */
1910 void
1911 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1912 {
1913         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1914                 vm_page_dirty(m);
1915         }
1916 }
1917
1918 int so_zerocp_fullpage = 0;
1919
1920 /*
1921  *      Replace the given page with a copy.  The copied page assumes
1922  *      the portion of the given page's "wire_count" that is not the
1923  *      responsibility of this copy-on-write mechanism.
1924  *
1925  *      The object containing the given page must have a non-zero
1926  *      paging-in-progress count and be locked.
1927  */
1928 void
1929 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1930 {
1931         vm_page_t mnew;
1932         vm_object_t object;
1933         vm_pindex_t pindex;
1934
1935         object = m->object;
1936         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1937         KASSERT(object->paging_in_progress != 0,
1938             ("vm_page_cowfault: object %p's paging-in-progress count is zero.",
1939             object)); 
1940         pindex = m->pindex;
1941
1942  retry_alloc:
1943         pmap_remove_all(m);
1944         vm_page_remove(m);
1945         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY);
1946         if (mnew == NULL) {
1947                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1948                 vm_page_unlock_queues();
1949                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1950                 VM_WAIT;
1951                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1952                 if (m == vm_page_lookup(object, pindex)) {
1953                         vm_page_lock_queues();
1954                         goto retry_alloc;
1955                 } else {
1956                         /*
1957                          * Page disappeared during the wait.
1958                          */
1959                         vm_page_lock_queues();
1960                         return;
1961                 }
1962         }
1963
1964         if (m->cow == 0) {
1965                 /* 
1966                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1967                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1968                  * the way they were 
1969                  */
1970                 vm_page_free(mnew);
1971                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1972         } else { /* clear COW & copy page */
1973                 if (!so_zerocp_fullpage)
1974                         pmap_copy_page(m, mnew);
1975                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1976                 vm_page_dirty(mnew);
1977                 mnew->wire_count = m->wire_count - m->cow;
1978                 m->wire_count = m->cow;
1979         }
1980 }
1981
1982 void 
1983 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1984 {
1985
1986         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1987         if (m->cow) {
1988                 m->cow--;
1989                 /* 
1990                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1991                  */
1992         } 
1993         /*
1994          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1995          */ 
1996 }
1997
1998 void
1999 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
2000 {
2001
2002         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2003         m->cow++;
2004         pmap_remove_write(m);
2005 }
2006
2007 #include "opt_ddb.h"
2008 #ifdef DDB
2009 #include <sys/kernel.h>
2010
2011 #include <ddb/ddb.h>
2012
2013 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2014 {
2015         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
2016         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
2017         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
2018         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
2019         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
2020         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
2021         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
2022         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
2023         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
2024         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
2025 }
2026
2027 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2028 {
2029                 
2030         db_printf("PQ_FREE:");
2031         db_printf(" %d", cnt.v_free_count);
2032         db_printf("\n");
2033                 
2034         db_printf("PQ_CACHE:");
2035         db_printf(" %d", cnt.v_cache_count);
2036         db_printf("\n");
2037
2038         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2039                 *vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt,
2040                 *vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt);
2041 }
2042 #endif /* DDB */