]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
Make v_wire_count a per-cpu counter(9) counter. This eliminates a
[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  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
67  *
68  *      - A page queue lock is required when adding or removing a page from a
69  *        page queue regardless of other locks or the busy state of a page.
70  *
71  *              * In general, no thread besides the page daemon can acquire or
72  *                hold more than one page queue lock at a time.
73  *
74  *              * The page daemon can acquire and hold any pair of page queue
75  *                locks in any order.
76  *
77  *      - The object lock is required when inserting or removing
78  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
79  *
80  */
81
82 /*
83  *      Resident memory management module.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 #include "opt_vm.h"
90
91 #include <sys/param.h>
92 #include <sys/systm.h>
93 #include <sys/lock.h>
94 #include <sys/domainset.h>
95 #include <sys/kernel.h>
96 #include <sys/limits.h>
97 #include <sys/linker.h>
98 #include <sys/malloc.h>
99 #include <sys/mman.h>
100 #include <sys/msgbuf.h>
101 #include <sys/mutex.h>
102 #include <sys/proc.h>
103 #include <sys/rwlock.h>
104 #include <sys/sbuf.h>
105 #include <sys/smp.h>
106 #include <sys/sysctl.h>
107 #include <sys/vmmeter.h>
108 #include <sys/vnode.h>
109
110 #include <vm/vm.h>
111 #include <vm/pmap.h>
112 #include <vm/vm_param.h>
113 #include <vm/vm_domainset.h>
114 #include <vm/vm_kern.h>
115 #include <vm/vm_map.h>
116 #include <vm/vm_object.h>
117 #include <vm/vm_page.h>
118 #include <vm/vm_pageout.h>
119 #include <vm/vm_phys.h>
120 #include <vm/vm_pagequeue.h>
121 #include <vm/vm_pager.h>
122 #include <vm/vm_radix.h>
123 #include <vm/vm_reserv.h>
124 #include <vm/vm_extern.h>
125 #include <vm/uma.h>
126 #include <vm/uma_int.h>
127
128 #include <machine/md_var.h>
129
130 extern int      uma_startup_count(int);
131 extern void     uma_startup(void *, int);
132 extern int      vmem_startup_count(void);
133
134 /*
135  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
136  *      page structure.
137  */
138
139 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
140
141 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
142 struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vm_domainset_lock;
143 domainset_t __exclusive_cache_line vm_min_domains;
144 domainset_t __exclusive_cache_line vm_severe_domains;
145 static int vm_min_waiters;
146 static int vm_severe_waiters;
147 static int vm_pageproc_waiters;
148
149
150 /*
151  * bogus page -- for I/O to/from partially complete buffers,
152  * or for paging into sparsely invalid regions.
153  */
154 vm_page_t bogus_page;
155
156 vm_page_t vm_page_array;
157 long vm_page_array_size;
158 long first_page;
159
160 static int boot_pages;
161 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
162     &boot_pages, 0,
163     "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
164
165 static int pa_tryrelock_restart;
166 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
167     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
168
169 static TAILQ_HEAD(, vm_page) blacklist_head;
170 static int sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
171 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, page_blacklist, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD |
172     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, sysctl_vm_page_blacklist, "A", "Blacklist pages");
173
174 static uma_zone_t fakepg_zone;
175
176 static void vm_page_alloc_check(vm_page_t m);
177 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
178 static void vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m);
179 static void vm_page_free_phys(struct vm_domain *vmd, vm_page_t m);
180 static void vm_page_init(void *dummy);
181 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
182     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
183 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
184     vm_page_t mpred);
185 static int vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages,
186     vm_page_t m_run, vm_paddr_t high);
187 static void vm_domain_free_wakeup(struct vm_domain *);
188 static int vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object,
189     int req);
190
191 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init, NULL);
192
193 static void
194 vm_page_init(void *dummy)
195 {
196
197         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
198             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM);
199         bogus_page = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ |
200             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED);
201 }
202
203 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
204 #if PAGE_SIZE == 32768
205 #ifdef CTASSERT
206 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
207 #endif
208 #endif
209
210 /*
211  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
212  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
213  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
214  * the virtual to physical mapping has changed.
215  */
216 int
217 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
218 {
219         vm_paddr_t lockpa;
220
221         lockpa = *locked;
222         *locked = pa;
223         if (lockpa) {
224                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
225                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
226                         return (0);
227                 PA_UNLOCK(lockpa);
228         }
229         if (PA_TRYLOCK(pa))
230                 return (0);
231         PMAP_UNLOCK(pmap);
232         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
233         PA_LOCK(pa);
234         PMAP_LOCK(pmap);
235         return (EAGAIN);
236 }
237
238 /*
239  *      vm_set_page_size:
240  *
241  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
242  *      size.  Must be called before any use of page-size
243  *      dependent functions.
244  */
245 void
246 vm_set_page_size(void)
247 {
248         if (vm_cnt.v_page_size == 0)
249                 vm_cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
250         if (((vm_cnt.v_page_size - 1) & vm_cnt.v_page_size) != 0)
251                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
252 }
253
254 /*
255  *      vm_page_blacklist_next:
256  *
257  *      Find the next entry in the provided string of blacklist
258  *      addresses.  Entries are separated by space, comma, or newline.
259  *      If an invalid integer is encountered then the rest of the
260  *      string is skipped.  Updates the list pointer to the next
261  *      character, or NULL if the string is exhausted or invalid.
262  */
263 static vm_paddr_t
264 vm_page_blacklist_next(char **list, char *end)
265 {
266         vm_paddr_t bad;
267         char *cp, *pos;
268
269         if (list == NULL || *list == NULL)
270                 return (0);
271         if (**list =='\0') {
272                 *list = NULL;
273                 return (0);
274         }
275
276         /*
277          * If there's no end pointer then the buffer is coming from
278          * the kenv and we know it's null-terminated.
279          */
280         if (end == NULL)
281                 end = *list + strlen(*list);
282
283         /* Ensure that strtoq() won't walk off the end */
284         if (*end != '\0') {
285                 if (*end == '\n' || *end == ' ' || *end  == ',')
286                         *end = '\0';
287                 else {
288                         printf("Blacklist not terminated, skipping\n");
289                         *list = NULL;
290                         return (0);
291                 }
292         }
293
294         for (pos = *list; *pos != '\0'; pos = cp) {
295                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
296                 if (*cp == '\0' || *cp == ' ' || *cp == ',' || *cp == '\n') {
297                         if (bad == 0) {
298                                 if (++cp < end)
299                                         continue;
300                                 else
301                                         break;
302                         }
303                 } else
304                         break;
305                 if (*cp == '\0' || ++cp >= end)
306                         *list = NULL;
307                 else
308                         *list = cp;
309                 return (trunc_page(bad));
310         }
311         printf("Garbage in RAM blacklist, skipping\n");
312         *list = NULL;
313         return (0);
314 }
315
316 /*
317  *      vm_page_blacklist_check:
318  *
319  *      Iterate through the provided string of blacklist addresses, pulling
320  *      each entry out of the physical allocator free list and putting it
321  *      onto a list for reporting via the vm.page_blacklist sysctl.
322  */
323 static void
324 vm_page_blacklist_check(char *list, char *end)
325 {
326         struct vm_domain *vmd;
327         vm_paddr_t pa;
328         vm_page_t m;
329         char *next;
330         int ret;
331
332         next = list;
333         while (next != NULL) {
334                 if ((pa = vm_page_blacklist_next(&next, end)) == 0)
335                         continue;
336                 m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
337                 if (m == NULL)
338                         continue;
339                 vmd = vm_pagequeue_domain(m);
340                 vm_domain_free_lock(vmd);
341                 ret = vm_phys_unfree_page(m);
342                 vm_domain_free_unlock(vmd);
343                 if (ret == TRUE) {
344                         TAILQ_INSERT_TAIL(&blacklist_head, m, listq);
345                         if (bootverbose)
346                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
347                                     (uintmax_t)pa);
348                 }
349         }
350 }
351
352 /*
353  *      vm_page_blacklist_load:
354  *
355  *      Search for a special module named "ram_blacklist".  It'll be a
356  *      plain text file provided by the user via the loader directive
357  *      of the same name.
358  */
359 static void
360 vm_page_blacklist_load(char **list, char **end)
361 {
362         void *mod;
363         u_char *ptr;
364         u_int len;
365
366         mod = NULL;
367         ptr = NULL;
368
369         mod = preload_search_by_type("ram_blacklist");
370         if (mod != NULL) {
371                 ptr = preload_fetch_addr(mod);
372                 len = preload_fetch_size(mod);
373         }
374         *list = ptr;
375         if (ptr != NULL)
376                 *end = ptr + len;
377         else
378                 *end = NULL;
379         return;
380 }
381
382 static int
383 sysctl_vm_page_blacklist(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
384 {
385         vm_page_t m;
386         struct sbuf sbuf;
387         int error, first;
388
389         first = 1;
390         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
391         if (error != 0)
392                 return (error);
393         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
394         TAILQ_FOREACH(m, &blacklist_head, listq) {
395                 sbuf_printf(&sbuf, "%s%#jx", first ? "" : ",",
396                     (uintmax_t)m->phys_addr);
397                 first = 0;
398         }
399         error = sbuf_finish(&sbuf);
400         sbuf_delete(&sbuf);
401         return (error);
402 }
403
404 static void
405 vm_page_domain_init(int domain)
406 {
407         struct vm_domain *vmd;
408         struct vm_pagequeue *pq;
409         int i;
410
411         vmd = VM_DOMAIN(domain);
412         bzero(vmd, sizeof(*vmd));
413         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
414             "vm inactive pagequeue";
415         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
416             "vm active pagequeue";
417         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_name) =
418             "vm laundry pagequeue";
419         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_name) =
420             "vm unswappable pagequeue";
421         vmd->vmd_domain = domain;
422         vmd->vmd_page_count = 0;
423         vmd->vmd_free_count = 0;
424         vmd->vmd_segs = 0;
425         vmd->vmd_oom = FALSE;
426         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
427                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
428                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
429                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
430                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
431         }
432         mtx_init(&vmd->vmd_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
433 }
434
435 /*
436  * Initialize a physical page in preparation for adding it to the free
437  * lists.
438  */
439 static void
440 vm_page_init_page(vm_page_t m, vm_paddr_t pa, int segind)
441 {
442
443         m->object = NULL;
444         m->wire_count = 0;
445         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
446         m->hold_count = 0;
447         m->flags = 0;
448         m->phys_addr = pa;
449         m->queue = PQ_NONE;
450         m->psind = 0;
451         m->segind = segind;
452         m->order = VM_NFREEORDER;
453         m->pool = VM_FREEPOOL_DEFAULT;
454         m->valid = m->dirty = 0;
455         pmap_page_init(m);
456 }
457
458 /*
459  *      vm_page_startup:
460  *
461  *      Initializes the resident memory module.  Allocates physical memory for
462  *      bootstrapping UMA and some data structures that are used to manage
463  *      physical pages.  Initializes these structures, and populates the free
464  *      page queues.
465  */
466 vm_offset_t
467 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
468 {
469         struct vm_phys_seg *seg;
470         vm_page_t m;
471         char *list, *listend;
472         vm_offset_t mapped;
473         vm_paddr_t end, high_avail, low_avail, new_end, page_range, size;
474         vm_paddr_t biggestsize, last_pa, pa;
475         u_long pagecount;
476         int biggestone, i, segind;
477
478         biggestsize = 0;
479         biggestone = 0;
480         vaddr = round_page(vaddr);
481
482         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
483                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
484                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
485         }
486         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
487                 size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
488                 if (size > biggestsize) {
489                         biggestone = i;
490                         biggestsize = size;
491                 }
492         }
493
494         end = phys_avail[biggestone+1];
495
496         /*
497          * Initialize the page and queue locks.
498          */
499         mtx_init(&vm_domainset_lock, "vm domainset lock", NULL, MTX_DEF);
500         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
501                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
502         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
503                 vm_page_domain_init(i);
504
505         /*
506          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
507          * allocator.  Tell UMA how many zones we are going to create
508          * before going fully functional.  UMA will add its zones.
509          *
510          * VM startup zones: vmem, vmem_btag, VM OBJECT, RADIX NODE, MAP,
511          * KMAP ENTRY, MAP ENTRY, VMSPACE.
512          */
513         boot_pages = uma_startup_count(8);
514
515 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
516         /* vmem_startup() calls uma_prealloc(). */
517         boot_pages += vmem_startup_count();
518         /* vm_map_startup() calls uma_prealloc(). */
519         boot_pages += howmany(MAX_KMAP,
520             UMA_SLAB_SPACE / sizeof(struct vm_map));
521
522         /*
523          * Before going fully functional kmem_init() does allocation
524          * from "KMAP ENTRY" and vmem_create() does allocation from "vmem".
525          */
526         boot_pages += 2;
527 #endif
528         /*
529          * CTFLAG_RDTUN doesn't work during the early boot process, so we must
530          * manually fetch the value.
531          */
532         TUNABLE_INT_FETCH("vm.boot_pages", &boot_pages);
533         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
534         new_end = trunc_page(new_end);
535         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
536             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
537         bzero((void *)mapped, end - new_end);
538         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
539
540 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__arm__) || \
541     defined(__i386__) || defined(__mips__)
542         /*
543          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
544          * needs to be included in a minidump.
545          *
546          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
547          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
548          *
549          * However, i386 still needs this workspace internally within the
550          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
551          * included should the sf_buf code decide to use them.
552          */
553         last_pa = 0;
554         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
555                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
556                         last_pa = dump_avail[i + 1];
557         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
558         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
559         new_end -= vm_page_dump_size;
560         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
561             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
562         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
563 #else
564         (void)last_pa;
565 #endif
566 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
567         /*
568          * Include the UMA bootstrap pages and vm_page_dump in a crash dump.
569          * When pmap_map() uses the direct map, they are not automatically 
570          * included.
571          */
572         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
573                 dump_add_page(pa);
574 #endif
575         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
576 #ifdef __amd64__
577         /*
578          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
579          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
580          * through the direct map, they are not automatically included.
581          */
582         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
583         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
584         while (pa < last_pa) {
585                 dump_add_page(pa);
586                 pa += PAGE_SIZE;
587         }
588 #endif
589         /*
590          * Compute the number of pages of memory that will be available for
591          * use, taking into account the overhead of a page structure per page.
592          * In other words, solve
593          *      "available physical memory" - round_page(page_range *
594          *          sizeof(struct vm_page)) = page_range * PAGE_SIZE 
595          * for page_range.  
596          */
597         low_avail = phys_avail[0];
598         high_avail = phys_avail[1];
599         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
600                 if (vm_phys_segs[i].start < low_avail)
601                         low_avail = vm_phys_segs[i].start;
602                 if (vm_phys_segs[i].end > high_avail)
603                         high_avail = vm_phys_segs[i].end;
604         }
605         /* Skip the first chunk.  It is already accounted for. */
606         for (i = 2; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
607                 if (phys_avail[i] < low_avail)
608                         low_avail = phys_avail[i];
609                 if (phys_avail[i + 1] > high_avail)
610                         high_avail = phys_avail[i + 1];
611         }
612         first_page = low_avail / PAGE_SIZE;
613 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
614         size = 0;
615         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++)
616                 size += vm_phys_segs[i].end - vm_phys_segs[i].start;
617         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
618                 size += phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
619 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
620         size = high_avail - low_avail;
621 #else
622 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
623 #endif
624
625 #ifdef VM_PHYSSEG_DENSE
626         /*
627          * In the VM_PHYSSEG_DENSE case, the number of pages can account for
628          * the overhead of a page structure per page only if vm_page_array is
629          * allocated from the last physical memory chunk.  Otherwise, we must
630          * allocate page structures representing the physical memory
631          * underlying vm_page_array, even though they will not be used.
632          */
633         if (new_end != high_avail)
634                 page_range = size / PAGE_SIZE;
635         else
636 #endif
637         {
638                 page_range = size / (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page));
639
640                 /*
641                  * If the partial bytes remaining are large enough for
642                  * a page (PAGE_SIZE) without a corresponding
643                  * 'struct vm_page', then new_end will contain an
644                  * extra page after subtracting the length of the VM
645                  * page array.  Compensate by subtracting an extra
646                  * page from new_end.
647                  */
648                 if (size % (PAGE_SIZE + sizeof(struct vm_page)) >= PAGE_SIZE) {
649                         if (new_end == high_avail)
650                                 high_avail -= PAGE_SIZE;
651                         new_end -= PAGE_SIZE;
652                 }
653         }
654         end = new_end;
655
656         /*
657          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
658          * However, because this page is allocated from KVM, out-of-bounds
659          * accesses using the direct map will not be trapped.
660          */
661         vaddr += PAGE_SIZE;
662
663         /*
664          * Allocate physical memory for the page structures, and map it.
665          */
666         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
667         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
668             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
669         vm_page_array = (vm_page_t)mapped;
670         vm_page_array_size = page_range;
671
672 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
673         /*
674          * Allocate physical memory for the reservation management system's
675          * data structures, and map it.
676          */
677         if (high_avail == end)
678                 high_avail = new_end;
679         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_avail);
680 #endif
681 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__)
682         /*
683          * Include vm_page_array and vm_reserv_array in a crash dump.
684          */
685         for (pa = new_end; pa < end; pa += PAGE_SIZE)
686                 dump_add_page(pa);
687 #endif
688         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
689
690         /*
691          * Add physical memory segments corresponding to the available
692          * physical pages.
693          */
694         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
695                 vm_phys_add_seg(phys_avail[i], phys_avail[i + 1]);
696
697         /*
698          * Initialize the physical memory allocator.
699          */
700         vm_phys_init();
701
702         /*
703          * Initialize the page structures and add every available page to the
704          * physical memory allocator's free lists.
705          */
706         vm_cnt.v_page_count = 0;
707         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
708                 seg = &vm_phys_segs[segind];
709                 for (m = seg->first_page, pa = seg->start; pa < seg->end;
710                     m++, pa += PAGE_SIZE)
711                         vm_page_init_page(m, pa, segind);
712
713                 /*
714                  * Add the segment to the free lists only if it is covered by
715                  * one of the ranges in phys_avail.  Because we've added the
716                  * ranges to the vm_phys_segs array, we can assume that each
717                  * segment is either entirely contained in one of the ranges,
718                  * or doesn't overlap any of them.
719                  */
720                 for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
721                         struct vm_domain *vmd;
722
723                         if (seg->start < phys_avail[i] ||
724                             seg->end > phys_avail[i + 1])
725                                 continue;
726
727                         m = seg->first_page;
728                         pagecount = (u_long)atop(seg->end - seg->start);
729
730                         vmd = VM_DOMAIN(seg->domain);
731                         vm_domain_free_lock(vmd);
732                         vm_phys_free_contig(m, pagecount);
733                         vm_domain_freecnt_adj(vmd, (int)pagecount);
734                         vm_domain_free_unlock(vmd);
735                         vm_cnt.v_page_count += (u_int)pagecount;
736
737                         vmd = VM_DOMAIN(seg->domain);
738                         vmd->vmd_page_count += (u_int)pagecount;
739                         vmd->vmd_segs |= 1UL << m->segind;
740                         break;
741                 }
742         }
743
744         /*
745          * Remove blacklisted pages from the physical memory allocator.
746          */
747         TAILQ_INIT(&blacklist_head);
748         vm_page_blacklist_load(&list, &listend);
749         vm_page_blacklist_check(list, listend);
750
751         list = kern_getenv("vm.blacklist");
752         vm_page_blacklist_check(list, NULL);
753
754         freeenv(list);
755 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
756         /*
757          * Initialize the reservation management system.
758          */
759         vm_reserv_init();
760 #endif
761         /*
762          * Set an initial domain policy for thread0 so that allocations
763          * can work.
764          */
765         domainset_zero();
766
767         return (vaddr);
768 }
769
770 void
771 vm_page_reference(vm_page_t m)
772 {
773
774         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
775 }
776
777 /*
778  *      vm_page_busy_downgrade:
779  *
780  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
781  */
782 void
783 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
784 {
785         u_int x;
786         bool locked;
787
788         vm_page_assert_xbusied(m);
789         locked = mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
790
791         for (;;) {
792                 x = m->busy_lock;
793                 x &= VPB_BIT_WAITERS;
794                 if (x != 0 && !locked)
795                         vm_page_lock(m);
796                 if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock,
797                     VPB_SINGLE_EXCLUSIVER | x, VPB_SHARERS_WORD(1)))
798                         break;
799                 if (x != 0 && !locked)
800                         vm_page_unlock(m);
801         }
802         if (x != 0) {
803                 wakeup(m);
804                 if (!locked)
805                         vm_page_unlock(m);
806         }
807 }
808
809 /*
810  *      vm_page_sbusied:
811  *
812  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
813  */
814 int
815 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
816 {
817         u_int x;
818
819         x = m->busy_lock;
820         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
821 }
822
823 /*
824  *      vm_page_sunbusy:
825  *
826  *      Shared unbusy a page.
827  */
828 void
829 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
830 {
831         u_int x;
832
833         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
834         vm_page_assert_sbusied(m);
835
836         for (;;) {
837                 x = m->busy_lock;
838                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
839                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
840                             x - VPB_ONE_SHARER))
841                                 break;
842                         continue;
843                 }
844                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0) {
845                         KASSERT(x == VPB_SHARERS_WORD(1),
846                             ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
847                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock,
848                             VPB_SHARERS_WORD(1), VPB_UNBUSIED))
849                                 break;
850                         continue;
851                 }
852                 KASSERT(x == (VPB_SHARERS_WORD(1) | VPB_BIT_WAITERS),
853                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state for waiters"));
854
855                 vm_page_lock(m);
856                 if (!atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, VPB_UNBUSIED)) {
857                         vm_page_unlock(m);
858                         continue;
859                 }
860                 wakeup(m);
861                 vm_page_unlock(m);
862                 break;
863         }
864 }
865
866 /*
867  *      vm_page_busy_sleep:
868  *
869  *      Sleep and release the page lock, using the page pointer as wchan.
870  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
871  *
872  *      The given page must be locked.
873  *
874  *      If nonshared is true, sleep only if the page is xbusy.
875  */
876 void
877 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg, bool nonshared)
878 {
879         u_int x;
880
881         vm_page_assert_locked(m);
882
883         x = m->busy_lock;
884         if (x == VPB_UNBUSIED || (nonshared && (x & VPB_BIT_SHARED) != 0) ||
885             ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
886             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS))) {
887                 vm_page_unlock(m);
888                 return;
889         }
890         msleep(m, vm_page_lockptr(m), PVM | PDROP, wmesg, 0);
891 }
892
893 /*
894  *      vm_page_trysbusy:
895  *
896  *      Try to shared busy a page.
897  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
898  *      The operation never sleeps.
899  */
900 int
901 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
902 {
903         u_int x;
904
905         for (;;) {
906                 x = m->busy_lock;
907                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
908                         return (0);
909                 if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, x, x + VPB_ONE_SHARER))
910                         return (1);
911         }
912 }
913
914 static void
915 vm_page_xunbusy_locked(vm_page_t m)
916 {
917
918         vm_page_assert_xbusied(m);
919         vm_page_assert_locked(m);
920
921         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
922         /* There is a waiter, do wakeup() instead of vm_page_flash(). */
923         wakeup(m);
924 }
925
926 void
927 vm_page_xunbusy_maybelocked(vm_page_t m)
928 {
929         bool lockacq;
930
931         vm_page_assert_xbusied(m);
932
933         /*
934          * Fast path for unbusy.  If it succeeds, we know that there
935          * are no waiters, so we do not need a wakeup.
936          */
937         if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock, VPB_SINGLE_EXCLUSIVER,
938             VPB_UNBUSIED))
939                 return;
940
941         lockacq = !mtx_owned(vm_page_lockptr(m));
942         if (lockacq)
943                 vm_page_lock(m);
944         vm_page_xunbusy_locked(m);
945         if (lockacq)
946                 vm_page_unlock(m);
947 }
948
949 /*
950  *      vm_page_xunbusy_hard:
951  *
952  *      Called after the first try the exclusive unbusy of a page failed.
953  *      It is assumed that the waiters bit is on.
954  */
955 void
956 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
957 {
958
959         vm_page_assert_xbusied(m);
960
961         vm_page_lock(m);
962         vm_page_xunbusy_locked(m);
963         vm_page_unlock(m);
964 }
965
966 /*
967  *      vm_page_flash:
968  *
969  *      Wakeup anyone waiting for the page.
970  *      The ownership bits do not change.
971  *
972  *      The given page must be locked.
973  */
974 void
975 vm_page_flash(vm_page_t m)
976 {
977         u_int x;
978
979         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
980
981         for (;;) {
982                 x = m->busy_lock;
983                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
984                         return;
985                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
986                     x & (~VPB_BIT_WAITERS)))
987                         break;
988         }
989         wakeup(m);
990 }
991
992 /*
993  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
994  */
995 void
996 vm_page_change_lock(vm_page_t m, struct mtx **mtx)
997 {
998         struct mtx *mtx1;
999
1000         mtx1 = vm_page_lockptr(m);
1001         if (*mtx == mtx1)
1002                 return;
1003         if (*mtx != NULL)
1004                 mtx_unlock(*mtx);
1005         *mtx = mtx1;
1006         mtx_lock(mtx1);
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Keep page from being freed by the page daemon
1011  * much of the same effect as wiring, except much lower
1012  * overhead and should be used only for *very* temporary
1013  * holding ("wiring").
1014  */
1015 void
1016 vm_page_hold(vm_page_t mem)
1017 {
1018
1019         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
1020         mem->hold_count++;
1021 }
1022
1023 void
1024 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
1025 {
1026
1027         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
1028         KASSERT(mem->hold_count >= 1, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
1029         --mem->hold_count;
1030         if (mem->hold_count == 0 && (mem->flags & PG_UNHOLDFREE) != 0)
1031                 vm_page_free_toq(mem);
1032 }
1033
1034 /*
1035  *      vm_page_unhold_pages:
1036  *
1037  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
1038  */
1039 void
1040 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
1041 {
1042         struct mtx *mtx;
1043
1044         mtx = NULL;
1045         for (; count != 0; count--) {
1046                 vm_page_change_lock(*ma, &mtx);
1047                 vm_page_unhold(*ma);
1048                 ma++;
1049         }
1050         if (mtx != NULL)
1051                 mtx_unlock(mtx);
1052 }
1053
1054 vm_page_t
1055 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
1056 {
1057         vm_page_t m;
1058
1059 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
1060         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
1061         if (m == NULL)
1062                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
1063         return (m);
1064 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
1065         long pi;
1066
1067         pi = atop(pa);
1068         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
1069                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
1070                 return (m);
1071         }
1072         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
1073 #else
1074 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
1075 #endif
1076 }
1077
1078 /*
1079  *      vm_page_getfake:
1080  *
1081  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
1082  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
1083  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
1084  */
1085 vm_page_t
1086 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1087 {
1088         vm_page_t m;
1089
1090         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1091         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
1092         return (m);
1093 }
1094
1095 void
1096 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1097 {
1098
1099         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1100                 /*
1101                  * The page's memattr might have changed since the
1102                  * previous initialization.  Update the pmap to the
1103                  * new memattr.
1104                  */
1105                 goto memattr;
1106         }
1107         m->phys_addr = paddr;
1108         m->queue = PQ_NONE;
1109         /* Fictitious pages don't use "segind". */
1110         m->flags = PG_FICTITIOUS;
1111         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
1112         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1113         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1114         m->wire_count = 1;
1115         pmap_page_init(m);
1116 memattr:
1117         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1118 }
1119
1120 /*
1121  *      vm_page_putfake:
1122  *
1123  *      Release a fictitious page.
1124  */
1125 void
1126 vm_page_putfake(vm_page_t m)
1127 {
1128
1129         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
1130         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1131             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
1132         uma_zfree(fakepg_zone, m);
1133 }
1134
1135 /*
1136  *      vm_page_updatefake:
1137  *
1138  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
1139  *      memory attribute.
1140  */
1141 void
1142 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
1143 {
1144
1145         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
1146             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
1147         m->phys_addr = paddr;
1148         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1149 }
1150
1151 /*
1152  *      vm_page_free:
1153  *
1154  *      Free a page.
1155  */
1156 void
1157 vm_page_free(vm_page_t m)
1158 {
1159
1160         m->flags &= ~PG_ZERO;
1161         vm_page_free_toq(m);
1162 }
1163
1164 /*
1165  *      vm_page_free_zero:
1166  *
1167  *      Free a page to the zerod-pages queue
1168  */
1169 void
1170 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
1171 {
1172
1173         m->flags |= PG_ZERO;
1174         vm_page_free_toq(m);
1175 }
1176
1177 /*
1178  * Unbusy and handle the page queueing for a page from a getpages request that
1179  * was optionally read ahead or behind.
1180  */
1181 void
1182 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
1183 {
1184
1185         /* We shouldn't put invalid pages on queues. */
1186         KASSERT(m->valid != 0, ("%s: %p is invalid", __func__, m));
1187
1188         /*
1189          * Since the page is not the actually needed one, whether it should
1190          * be activated or deactivated is not obvious.  Empirical results
1191          * have shown that deactivating the page is usually the best choice,
1192          * unless the page is wanted by another thread.
1193          */
1194         vm_page_lock(m);
1195         if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
1196                 vm_page_activate(m);
1197         else
1198                 vm_page_deactivate(m);
1199         vm_page_unlock(m);
1200         vm_page_xunbusy(m);
1201 }
1202
1203 /*
1204  *      vm_page_sleep_if_busy:
1205  *
1206  *      Sleep and release the page queues lock if the page is busied.
1207  *      Returns TRUE if the thread slept.
1208  *
1209  *      The given page must be unlocked and object containing it must
1210  *      be locked.
1211  */
1212 int
1213 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
1214 {
1215         vm_object_t obj;
1216
1217         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
1218         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1219
1220         if (vm_page_busied(m)) {
1221                 /*
1222                  * The page-specific object must be cached because page
1223                  * identity can change during the sleep, causing the
1224                  * re-lock of a different object.
1225                  * It is assumed that a reference to the object is already
1226                  * held by the callers.
1227                  */
1228                 obj = m->object;
1229                 vm_page_lock(m);
1230                 VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
1231                 vm_page_busy_sleep(m, msg, false);
1232                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
1233                 return (TRUE);
1234         }
1235         return (FALSE);
1236 }
1237
1238 /*
1239  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
1240  *
1241  *      Set all bits in the page's dirty field.
1242  *
1243  *      The object containing the specified page must be locked if the
1244  *      call is made from the machine-independent layer.
1245  *
1246  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
1247  *
1248  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
1249  */
1250 void
1251 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
1252 {
1253
1254         /* Refer to this operation by its public name. */
1255         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
1256             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
1257         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
1258 }
1259
1260 /*
1261  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
1262  *
1263  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
1264  *
1265  *      The object must be locked.
1266  */
1267 int
1268 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1269 {
1270         vm_page_t mpred;
1271
1272         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1273         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1274         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
1275 }
1276
1277 /*
1278  *      vm_page_insert_after:
1279  *
1280  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
1281  *
1282  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
1283  *      the specified object.
1284  *
1285  *      The object must be locked.
1286  */
1287 static int
1288 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1289     vm_page_t mpred)
1290 {
1291         vm_page_t msucc;
1292
1293         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1294         KASSERT(m->object == NULL,
1295             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
1296         if (mpred != NULL) {
1297                 KASSERT(mpred->object == object,
1298                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1299                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1300                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1301                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
1302         } else
1303                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
1304         if (msucc != NULL)
1305                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
1306                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
1307
1308         /*
1309          * Record the object/offset pair in this page
1310          */
1311         m->object = object;
1312         m->pindex = pindex;
1313
1314         /*
1315          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
1316          */
1317         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
1318                 m->object = NULL;
1319                 m->pindex = 0;
1320                 return (1);
1321         }
1322         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
1323         return (0);
1324 }
1325
1326 /*
1327  *      vm_page_insert_radixdone:
1328  *
1329  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1330  *      radix trie hooking.
1331  *
1332  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1333  *      specified object.
1334  *
1335  *      The object must be locked.
1336  */
1337 static void
1338 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1339 {
1340
1341         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1342         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1343             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1344         if (mpred != NULL) {
1345                 KASSERT(mpred->object == object,
1346                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1347                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1348                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1349         }
1350
1351         if (mpred != NULL)
1352                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1353         else
1354                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1355
1356         /*
1357          * Show that the object has one more resident page.
1358          */
1359         object->resident_page_count++;
1360
1361         /*
1362          * Hold the vnode until the last page is released.
1363          */
1364         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1365                 vhold(object->handle);
1366
1367         /*
1368          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1369          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1370          */
1371         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1372                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1373 }
1374
1375 /*
1376  *      vm_page_remove:
1377  *
1378  *      Removes the specified page from its containing object, but does not
1379  *      invalidate any backing storage.
1380  *
1381  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1382  */
1383 void
1384 vm_page_remove(vm_page_t m)
1385 {
1386         vm_object_t object;
1387         vm_page_t mrem;
1388
1389         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1390                 vm_page_assert_locked(m);
1391         if ((object = m->object) == NULL)
1392                 return;
1393         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1394         if (vm_page_xbusied(m))
1395                 vm_page_xunbusy_maybelocked(m);
1396         mrem = vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1397         KASSERT(mrem == m, ("removed page %p, expected page %p", mrem, m));
1398
1399         /*
1400          * Now remove from the object's list of backed pages.
1401          */
1402         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1403
1404         /*
1405          * And show that the object has one fewer resident page.
1406          */
1407         object->resident_page_count--;
1408
1409         /*
1410          * The vnode may now be recycled.
1411          */
1412         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1413                 vdrop(object->handle);
1414
1415         m->object = NULL;
1416 }
1417
1418 /*
1419  *      vm_page_lookup:
1420  *
1421  *      Returns the page associated with the object/offset
1422  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1423  *
1424  *      The object must be locked.
1425  */
1426 vm_page_t
1427 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1428 {
1429
1430         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1431         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1432 }
1433
1434 /*
1435  *      vm_page_find_least:
1436  *
1437  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1438  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1439  *
1440  *      The object must be locked.
1441  */
1442 vm_page_t
1443 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1444 {
1445         vm_page_t m;
1446
1447         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1448         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1449                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1450         return (m);
1451 }
1452
1453 /*
1454  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1455  * resident; if none is found, NULL is returned.
1456  *
1457  * The object must be locked.
1458  */
1459 vm_page_t
1460 vm_page_next(vm_page_t m)
1461 {
1462         vm_page_t next;
1463
1464         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1465         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL) {
1466                 MPASS(next->object == m->object);
1467                 if (next->pindex != m->pindex + 1)
1468                         next = NULL;
1469         }
1470         return (next);
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1475  * resident; if none is found, NULL is returned.
1476  *
1477  * The object must be locked.
1478  */
1479 vm_page_t
1480 vm_page_prev(vm_page_t m)
1481 {
1482         vm_page_t prev;
1483
1484         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
1485         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL) {
1486                 MPASS(prev->object == m->object);
1487                 if (prev->pindex != m->pindex - 1)
1488                         prev = NULL;
1489         }
1490         return (prev);
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1495  * pindex which must be already present in the object.
1496  *
1497  * The existing page must not be on a paging queue.
1498  */
1499 vm_page_t
1500 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1501 {
1502         vm_page_t mold;
1503
1504         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1505         KASSERT(mnew->object == NULL,
1506             ("vm_page_replace: page already in object"));
1507
1508         /*
1509          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1510          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1511          * dance.  Double check such functions for more comments.
1512          */
1513
1514         mnew->object = object;
1515         mnew->pindex = pindex;
1516         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew);
1517         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1518             ("vm_page_replace: mold is on a paging queue"));
1519
1520         /* Keep the resident page list in sorted order. */
1521         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mold, mnew, listq);
1522         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1523
1524         mold->object = NULL;
1525         vm_page_xunbusy_maybelocked(mold);
1526
1527         /*
1528          * The object's resident_page_count does not change because we have
1529          * swapped one page for another, but OBJ_MIGHTBEDIRTY.
1530          */
1531         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1532                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1533         return (mold);
1534 }
1535
1536 /*
1537  *      vm_page_rename:
1538  *
1539  *      Move the given memory entry from its
1540  *      current object to the specified target object/offset.
1541  *
1542  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1543  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1544  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1545  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1546  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1547  *
1548  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1549  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1550  *            swap.
1551  *
1552  *      The objects must be locked.
1553  */
1554 int
1555 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1556 {
1557         vm_page_t mpred;
1558         vm_pindex_t opidx;
1559
1560         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1561
1562         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1563         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1564             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1565
1566         /*
1567          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1568          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1569          * function.
1570          */
1571         opidx = m->pindex;
1572         m->pindex = new_pindex;
1573         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1574                 m->pindex = opidx;
1575                 return (1);
1576         }
1577
1578         /*
1579          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1580          * the listq iterator is tainted.
1581          */
1582         m->pindex = opidx;
1583         vm_page_lock(m);
1584         vm_page_remove(m);
1585
1586         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1587         m->pindex = new_pindex;
1588         m->object = new_object;
1589         vm_page_unlock(m);
1590         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1591         vm_page_dirty(m);
1592         return (0);
1593 }
1594
1595 /*
1596  *      vm_page_alloc:
1597  *
1598  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1599  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1600  *
1601  *      The caller must always specify an allocation class.
1602  *
1603  *      allocation classes:
1604  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1605  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1606  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1607  *
1608  *      optional allocation flags:
1609  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1610  *                              intends to allocate
1611  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1612  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1613  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1614  *                              should not be exclusive busy
1615  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1616  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1617  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1618  */
1619 vm_page_t
1620 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1621 {
1622
1623         return (vm_page_alloc_after(object, pindex, req, object != NULL ?
1624             vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) : NULL));
1625 }
1626
1627 vm_page_t
1628 vm_page_alloc_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1629     int req)
1630 {
1631
1632         return (vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1633             object != NULL ? vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex) :
1634             NULL));
1635 }
1636
1637 /*
1638  * Allocate a page in the specified object with the given page index.  To
1639  * optimize insertion of the page into the object, the caller must also specifiy
1640  * the resident page in the object with largest index smaller than the given
1641  * page index, or NULL if no such page exists.
1642  */
1643 vm_page_t
1644 vm_page_alloc_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
1645     int req, vm_page_t mpred)
1646 {
1647         struct vm_domainset_iter di;
1648         vm_page_t m;
1649         int domain;
1650
1651         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, &domain, &req);
1652         do {
1653                 m = vm_page_alloc_domain_after(object, pindex, domain, req,
1654                     mpred);
1655                 if (m != NULL)
1656                         break;
1657         } while (vm_domainset_iter_page(&di, &domain, &req) == 0);
1658
1659         return (m);
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Returns true if the number of free pages exceeds the minimum
1664  * for the request class and false otherwise.
1665  */
1666 int
1667 vm_domain_available(struct vm_domain *vmd, int req, int npages)
1668 {
1669
1670         vm_domain_free_assert_locked(vmd);
1671         req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1672
1673         /*
1674          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1675          */
1676         if (curproc == pageproc && req != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1677                 req = VM_ALLOC_SYSTEM;
1678
1679         if (vmd->vmd_free_count >= npages + vmd->vmd_free_reserved ||
1680             (req == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1681             vmd->vmd_free_count >= npages + vmd->vmd_interrupt_free_min) ||
1682             (req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1683             vmd->vmd_free_count >= npages))
1684                 return (1);
1685
1686         return (0);
1687 }
1688
1689 vm_page_t
1690 vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1691     int req, vm_page_t mpred)
1692 {
1693         struct vm_domain *vmd;
1694         vm_page_t m;
1695         int flags;
1696         u_int free_count;
1697
1698         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1699             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1700             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1701             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1702             ("inconsistent object(%p)/req(%x)", object, req));
1703         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
1704             ("Can't sleep and retry object insertion."));
1705         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex < pindex,
1706             ("mpred %p doesn't precede pindex 0x%jx", mpred,
1707             (uintmax_t)pindex));
1708         if (object != NULL)
1709                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1710
1711 again:
1712         m = NULL;
1713 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1714         if (vm_object_reserv(object) &&
1715             (m = vm_reserv_extend(req, object, pindex, domain, mpred))
1716             != NULL) {
1717                 domain = vm_phys_domain(m);
1718                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
1719                 goto found;
1720         }
1721 #endif
1722         vmd = VM_DOMAIN(domain);
1723         vm_domain_free_lock(vmd);
1724         if (vm_domain_available(vmd, req, 1)) {
1725                 /*
1726                  * Can we allocate the page from a reservation?
1727                  */
1728 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1729                 if (!vm_object_reserv(object) ||
1730                     (m = vm_reserv_alloc_page(object, pindex,
1731                     domain, mpred)) == NULL)
1732 #endif
1733                 {
1734                         /*
1735                          * If not, allocate it from the free page queues.
1736                          */
1737                         m = vm_phys_alloc_pages(domain, object != NULL ?
1738                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1739 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1740                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive(domain)) {
1741                                 m = vm_phys_alloc_pages(domain,
1742                                     object != NULL ?
1743                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1744                                     0);
1745                         }
1746 #endif
1747                 }
1748         }
1749         if (m == NULL) {
1750                 /*
1751                  * Not allocatable, give up.
1752                  */
1753                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, object, req))
1754                         goto again;
1755                 return (NULL);
1756         }
1757
1758         /*
1759          *  At this point we had better have found a good page.
1760          */
1761         KASSERT(m != NULL, ("missing page"));
1762         free_count = vm_domain_freecnt_adj(vmd, -1);
1763         vm_domain_free_unlock(vmd);
1764
1765         /*
1766          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1767          * we would be nearly out of memory.
1768          */
1769         if (vm_paging_needed(vmd, free_count))
1770                 pagedaemon_wakeup(vmd->vmd_domain);
1771 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1772 found:
1773 #endif
1774         vm_page_alloc_check(m);
1775
1776         /*
1777          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1778          */
1779         flags = 0;
1780         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1781                 flags = PG_ZERO;
1782         flags &= m->flags;
1783         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1784                 flags |= PG_NODUMP;
1785         m->flags = flags;
1786         m->aflags = 0;
1787         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1788             VPO_UNMANAGED : 0;
1789         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1790         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1791                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1792         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1793                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1794         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1795                 /*
1796                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1797                  * page is inserted into the object.
1798                  */
1799                 vm_wire_add(1);
1800                 m->wire_count = 1;
1801         }
1802         m->act_count = 0;
1803
1804         if (object != NULL) {
1805                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1806                         pagedaemon_wakeup(domain);
1807                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1808                                 vm_wire_sub(1);
1809                                 m->wire_count = 0;
1810                         }
1811                         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
1812                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1813                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1814                         /* Don't change PG_ZERO. */
1815                         vm_page_free_toq(m);
1816                         if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
1817                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
1818                                 vm_radix_wait();
1819                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
1820                         }
1821                         return (NULL);
1822                 }
1823
1824                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1825                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1826                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1827                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1828         } else
1829                 m->pindex = pindex;
1830
1831         return (m);
1832 }
1833
1834 /*
1835  *      vm_page_alloc_contig:
1836  *
1837  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1838  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1839  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1840  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1841  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1842  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1843  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1844  *      and "boundary" must be a power of two.
1845  *
1846  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1847  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1848  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1849  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1850  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1851  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1852  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1853  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1854  *
1855  *      The specified object may not contain fictitious pages.
1856  *
1857  *      The caller must always specify an allocation class.
1858  *
1859  *      allocation classes:
1860  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1861  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1862  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1863  *
1864  *      optional allocation flags:
1865  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1866  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1867  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1868  *                              should not be exclusive busy
1869  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1870  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1871  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1872  */
1873 vm_page_t
1874 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1875     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1876     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1877 {
1878         struct vm_domainset_iter di;
1879         vm_page_t m;
1880         int domain;
1881
1882         vm_domainset_iter_page_init(&di, object, &domain, &req);
1883         do {
1884                 m = vm_page_alloc_contig_domain(object, pindex, domain, req,
1885                     npages, low, high, alignment, boundary, memattr);
1886                 if (m != NULL)
1887                         break;
1888         } while (vm_domainset_iter_page(&di, &domain, &req) == 0);
1889
1890         return (m);
1891 }
1892
1893 vm_page_t
1894 vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int domain,
1895     int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1896     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1897 {
1898         struct vm_domain *vmd;
1899         vm_page_t m, m_ret, mpred;
1900         u_int busy_lock, flags, oflags;
1901
1902         mpred = NULL;   /* XXX: pacify gcc */
1903         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1904             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1905             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1906             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1907             ("vm_page_alloc_contig: inconsistent object(%p)/req(%x)", object,
1908             req));
1909         KASSERT(object == NULL || (req & VM_ALLOC_WAITOK) == 0,
1910             ("Can't sleep and retry object insertion."));
1911         if (object != NULL) {
1912                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1913                 KASSERT((object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0,
1914                     ("vm_page_alloc_contig: object %p has fictitious pages",
1915                     object));
1916         }
1917         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
1918
1919         if (object != NULL) {
1920                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1921                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1922                     ("vm_page_alloc_contig: pindex already allocated"));
1923         }
1924
1925         /*
1926          * Can we allocate the pages without the number of free pages falling
1927          * below the lower bound for the allocation class?
1928          */
1929 again:
1930 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1931         if (vm_object_reserv(object) &&
1932             (m_ret = vm_reserv_extend_contig(req, object, pindex, domain,
1933             npages, low, high, alignment, boundary, mpred)) != NULL) {
1934                 domain = vm_phys_domain(m_ret);
1935                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
1936                 goto found;
1937         }
1938 #endif
1939         m_ret = NULL;
1940         vmd = VM_DOMAIN(domain);
1941         vm_domain_free_lock(vmd);
1942         if (vm_domain_available(vmd, req, npages)) {
1943                 /*
1944                  * Can we allocate the pages from a reservation?
1945                  */
1946 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1947 retry:
1948                 if (!vm_object_reserv(object) ||
1949                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, domain,
1950                     npages, low, high, alignment, boundary, mpred)) == NULL)
1951 #endif
1952                         /*
1953                          * If not, allocate them from the free page queues.
1954                          */
1955                         m_ret = vm_phys_alloc_contig(domain, npages, low, high,
1956                             alignment, boundary);
1957 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1958                 if (m_ret == NULL && vm_reserv_reclaim_contig(
1959                     domain, npages, low, high, alignment, boundary))
1960                         goto retry;
1961 #endif
1962         }
1963         if (m_ret == NULL) {
1964                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, object, req))
1965                         goto again;
1966                 return (NULL);
1967         }
1968         vm_domain_freecnt_adj(vmd, -npages);
1969         vm_domain_free_unlock(vmd);
1970 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1971 found:
1972 #endif
1973         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++)
1974                 vm_page_alloc_check(m);
1975
1976         /*
1977          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1978          */
1979         flags = 0;
1980         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1981                 flags = PG_ZERO;
1982         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1983                 flags |= PG_NODUMP;
1984         oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1985             VPO_UNMANAGED : 0;
1986         busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1987         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1988                 busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1989         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1990                 busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1991         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1992                 vm_wire_add(npages);
1993         if (object != NULL) {
1994                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1995                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
1996                         memattr = object->memattr;
1997         }
1998         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1999                 m->aflags = 0;
2000                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
2001                 m->busy_lock = busy_lock;
2002                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2003                         m->wire_count = 1;
2004                 m->act_count = 0;
2005                 m->oflags = oflags;
2006                 if (object != NULL) {
2007                         if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
2008                                 pagedaemon_wakeup(domain);
2009                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2010                                         vm_wire_sub(npages);
2011                                 KASSERT(m->object == NULL,
2012                                     ("page %p has object", m));
2013                                 mpred = m;
2014                                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
2015                                         if (m <= mpred &&
2016                                             (req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
2017                                                 m->wire_count = 0;
2018                                         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2019                                         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
2020                                         /* Don't change PG_ZERO. */
2021                                         vm_page_free_toq(m);
2022                                 }
2023                                 if (req & VM_ALLOC_WAITFAIL) {
2024                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2025                                         vm_radix_wait();
2026                                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2027                                 }
2028                                 return (NULL);
2029                         }
2030                         mpred = m;
2031                 } else
2032                         m->pindex = pindex;
2033                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2034                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
2035                 pindex++;
2036         }
2037         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2038         if (vm_paging_needed(vmd, vmd->vmd_free_count))
2039                 pagedaemon_wakeup(domain);
2040         return (m_ret);
2041 }
2042
2043 /*
2044  * Check a page that has been freshly dequeued from a freelist.
2045  */
2046 static void
2047 vm_page_alloc_check(vm_page_t m)
2048 {
2049
2050         KASSERT(m->object == NULL, ("page %p has object", m));
2051         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
2052             ("page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
2053         KASSERT(!vm_page_held(m), ("page %p is held", m));
2054         KASSERT(!vm_page_busied(m), ("page %p is busy", m));
2055         KASSERT(m->dirty == 0, ("page %p is dirty", m));
2056         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
2057             ("page %p has unexpected memattr %d",
2058             m, pmap_page_get_memattr(m)));
2059         KASSERT(m->valid == 0, ("free page %p is valid", m));
2060 }
2061
2062 /*
2063  *      vm_page_alloc_freelist:
2064  *
2065  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
2066  *
2067  *      The caller must always specify an allocation class.
2068  *
2069  *      allocation classes:
2070  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2071  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2072  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2073  *
2074  *      optional allocation flags:
2075  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
2076  *                              intends to allocate
2077  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
2078  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
2079  */
2080 vm_page_t
2081 vm_page_alloc_freelist(int freelist, int req)
2082 {
2083         struct vm_domainset_iter di;
2084         vm_page_t m;
2085         int domain;
2086
2087         vm_domainset_iter_page_init(&di, kernel_object, &domain, &req);
2088         do {
2089                 m = vm_page_alloc_freelist_domain(domain, freelist, req);
2090                 if (m != NULL)
2091                         break;
2092         } while (vm_domainset_iter_page(&di, &domain, &req) == 0);
2093
2094         return (m);
2095 }
2096
2097 vm_page_t
2098 vm_page_alloc_freelist_domain(int domain, int freelist, int req)
2099 {
2100         struct vm_domain *vmd;
2101         vm_page_t m;
2102         u_int flags, free_count;
2103
2104         /*
2105          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
2106          */
2107         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2108 again:
2109         vm_domain_free_lock(vmd);
2110         if (vm_domain_available(vmd, req, 1))
2111                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(domain, freelist,
2112                     VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
2113         if (m == NULL) {
2114                 if (vm_domain_alloc_fail(vmd, NULL, req))
2115                         goto again;
2116                 return (NULL);
2117         }
2118         free_count = vm_domain_freecnt_adj(vmd, -1);
2119         vm_domain_free_unlock(vmd);
2120         vm_page_alloc_check(m);
2121
2122         /*
2123          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
2124          */
2125         m->aflags = 0;
2126         flags = 0;
2127         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
2128                 flags = PG_ZERO;
2129         m->flags &= flags;
2130         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2131                 /*
2132                  * The page lock is not required for wiring a page that does
2133                  * not belong to an object.
2134                  */
2135                 vm_wire_add(1);
2136                 m->wire_count = 1;
2137         }
2138         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
2139         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
2140         if (vm_paging_needed(vmd, free_count))
2141                 pagedaemon_wakeup(domain);
2142         return (m);
2143 }
2144
2145 #define VPSC_ANY        0       /* No restrictions. */
2146 #define VPSC_NORESERV   1       /* Skip reservations; implies VPSC_NOSUPER. */
2147 #define VPSC_NOSUPER    2       /* Skip superpages. */
2148
2149 /*
2150  *      vm_page_scan_contig:
2151  *
2152  *      Scan vm_page_array[] between the specified entries "m_start" and
2153  *      "m_end" for a run of contiguous physical pages that satisfy the
2154  *      specified conditions, and return the lowest page in the run.  The
2155  *      specified "alignment" determines the alignment of the lowest physical
2156  *      page in the run.  If the specified "boundary" is non-zero, then the
2157  *      run of physical pages cannot span a physical address that is a
2158  *      multiple of "boundary".
2159  *
2160  *      "m_end" is never dereferenced, so it need not point to a vm_page
2161  *      structure within vm_page_array[].
2162  *
2163  *      "npages" must be greater than zero.  "m_start" and "m_end" must not
2164  *      span a hole (or discontiguity) in the physical address space.  Both
2165  *      "alignment" and "boundary" must be a power of two.
2166  */
2167 vm_page_t
2168 vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start, vm_page_t m_end,
2169     u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options)
2170 {
2171         struct mtx *m_mtx;
2172         vm_object_t object;
2173         vm_paddr_t pa;
2174         vm_page_t m, m_run;
2175 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2176         int level;
2177 #endif
2178         int m_inc, order, run_ext, run_len;
2179
2180         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2181         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2182         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2183         m_run = NULL;
2184         run_len = 0;
2185         m_mtx = NULL;
2186         for (m = m_start; m < m_end && run_len < npages; m += m_inc) {
2187                 KASSERT((m->flags & PG_MARKER) == 0,
2188                     ("page %p is PG_MARKER", m));
2189                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 || m->wire_count == 1,
2190                     ("fictitious page %p has invalid wire count", m));
2191
2192                 /*
2193                  * If the current page would be the start of a run, check its
2194                  * physical address against the end, alignment, and boundary
2195                  * conditions.  If it doesn't satisfy these conditions, either
2196                  * terminate the scan or advance to the next page that
2197                  * satisfies the failed condition.
2198                  */
2199                 if (run_len == 0) {
2200                         KASSERT(m_run == NULL, ("m_run != NULL"));
2201                         if (m + npages > m_end)
2202                                 break;
2203                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2204                         if ((pa & (alignment - 1)) != 0) {
2205                                 m_inc = atop(roundup2(pa, alignment) - pa);
2206                                 continue;
2207                         }
2208                         if (rounddown2(pa ^ (pa + ptoa(npages) - 1),
2209                             boundary) != 0) {
2210                                 m_inc = atop(roundup2(pa, boundary) - pa);
2211                                 continue;
2212                         }
2213                 } else
2214                         KASSERT(m_run != NULL, ("m_run == NULL"));
2215
2216                 vm_page_change_lock(m, &m_mtx);
2217                 m_inc = 1;
2218 retry:
2219                 if (vm_page_held(m))
2220                         run_ext = 0;
2221 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2222                 else if ((level = vm_reserv_level(m)) >= 0 &&
2223                     (options & VPSC_NORESERV) != 0) {
2224                         run_ext = 0;
2225                         /* Advance to the end of the reservation. */
2226                         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2227                         m_inc = atop(roundup2(pa + 1, vm_reserv_size(level)) -
2228                             pa);
2229                 }
2230 #endif
2231                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2232                         /*
2233                          * The page is considered eligible for relocation if
2234                          * and only if it could be laundered or reclaimed by
2235                          * the page daemon.
2236                          */
2237                         if (!VM_OBJECT_TRYRLOCK(object)) {
2238                                 mtx_unlock(m_mtx);
2239                                 VM_OBJECT_RLOCK(object);
2240                                 mtx_lock(m_mtx);
2241                                 if (m->object != object) {
2242                                         /*
2243                                          * The page may have been freed.
2244                                          */
2245                                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2246                                         goto retry;
2247                                 } else if (vm_page_held(m)) {
2248                                         run_ext = 0;
2249                                         goto unlock;
2250                                 }
2251                         }
2252                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2253                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2254                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2255                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2256                             object->type != OBJT_SWAP &&
2257                             object->type != OBJT_VNODE) {
2258                                 run_ext = 0;
2259 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2260                         } else if ((options & VPSC_NOSUPER) != 0 &&
2261                             (level = vm_reserv_level_iffullpop(m)) >= 0) {
2262                                 run_ext = 0;
2263                                 /* Advance to the end of the superpage. */
2264                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2265                                 m_inc = atop(roundup2(pa + 1,
2266                                     vm_reserv_size(level)) - pa);
2267 #endif
2268                         } else if (object->memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT &&
2269                             m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2270                                 /*
2271                                  * The page is allocated but eligible for
2272                                  * relocation.  Extend the current run by one
2273                                  * page.
2274                                  */
2275                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2276                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2277                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2278                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2279                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2280                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2281                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2282                                 run_ext = 1;
2283                         } else
2284                                 run_ext = 0;
2285 unlock:
2286                         VM_OBJECT_RUNLOCK(object);
2287 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2288                 } else if (level >= 0) {
2289                         /*
2290                          * The page is reserved but not yet allocated.  In
2291                          * other words, it is still free.  Extend the current
2292                          * run by one page.
2293                          */
2294                         run_ext = 1;
2295 #endif
2296                 } else if ((order = m->order) < VM_NFREEORDER) {
2297                         /*
2298                          * The page is enqueued in the physical memory
2299                          * allocator's free page queues.  Moreover, it is the
2300                          * first page in a power-of-two-sized run of
2301                          * contiguous free pages.  Add these pages to the end
2302                          * of the current run, and jump ahead.
2303                          */
2304                         run_ext = 1 << order;
2305                         m_inc = 1 << order;
2306                 } else {
2307                         /*
2308                          * Skip the page for one of the following reasons: (1)
2309                          * It is enqueued in the physical memory allocator's
2310                          * free page queues.  However, it is not the first
2311                          * page in a run of contiguous free pages.  (This case
2312                          * rarely occurs because the scan is performed in
2313                          * ascending order.) (2) It is not reserved, and it is
2314                          * transitioning from free to allocated.  (Conversely,
2315                          * the transition from allocated to free for managed
2316                          * pages is blocked by the page lock.) (3) It is
2317                          * allocated but not contained by an object and not
2318                          * wired, e.g., allocated by Xen's balloon driver.
2319                          */
2320                         run_ext = 0;
2321                 }
2322
2323                 /*
2324                  * Extend or reset the current run of pages.
2325                  */
2326                 if (run_ext > 0) {
2327                         if (run_len == 0)
2328                                 m_run = m;
2329                         run_len += run_ext;
2330                 } else {
2331                         if (run_len > 0) {
2332                                 m_run = NULL;
2333                                 run_len = 0;
2334                         }
2335                 }
2336         }
2337         if (m_mtx != NULL)
2338                 mtx_unlock(m_mtx);
2339         if (run_len >= npages)
2340                 return (m_run);
2341         return (NULL);
2342 }
2343
2344 /*
2345  *      vm_page_reclaim_run:
2346  *
2347  *      Try to relocate each of the allocated virtual pages within the
2348  *      specified run of physical pages to a new physical address.  Free the
2349  *      physical pages underlying the relocated virtual pages.  A virtual page
2350  *      is relocatable if and only if it could be laundered or reclaimed by
2351  *      the page daemon.  Whenever possible, a virtual page is relocated to a
2352  *      physical address above "high".
2353  *
2354  *      Returns 0 if every physical page within the run was already free or
2355  *      just freed by a successful relocation.  Otherwise, returns a non-zero
2356  *      value indicating why the last attempt to relocate a virtual page was
2357  *      unsuccessful.
2358  *
2359  *      "req_class" must be an allocation class.
2360  */
2361 static int
2362 vm_page_reclaim_run(int req_class, int domain, u_long npages, vm_page_t m_run,
2363     vm_paddr_t high)
2364 {
2365         struct vm_domain *vmd;
2366         struct mtx *m_mtx;
2367         struct spglist free;
2368         vm_object_t object;
2369         vm_paddr_t pa;
2370         vm_page_t m, m_end, m_new;
2371         int error, order, req;
2372
2373         KASSERT((req_class & VM_ALLOC_CLASS_MASK) == req_class,
2374             ("req_class is not an allocation class"));
2375         SLIST_INIT(&free);
2376         error = 0;
2377         m = m_run;
2378         m_end = m_run + npages;
2379         m_mtx = NULL;
2380         for (; error == 0 && m < m_end; m++) {
2381                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_MARKER)) == 0,
2382                     ("page %p is PG_FICTITIOUS or PG_MARKER", m));
2383
2384                 /*
2385                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
2386                  */
2387                 vm_page_change_lock(m, &m_mtx);
2388 retry:
2389                 if (vm_page_held(m))
2390                         error = EBUSY;
2391                 else if ((object = m->object) != NULL) {
2392                         /*
2393                          * The page is relocated if and only if it could be
2394                          * laundered or reclaimed by the page daemon.
2395                          */
2396                         if (!VM_OBJECT_TRYWLOCK(object)) {
2397                                 mtx_unlock(m_mtx);
2398                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2399                                 mtx_lock(m_mtx);
2400                                 if (m->object != object) {
2401                                         /*
2402                                          * The page may have been freed.
2403                                          */
2404                                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2405                                         goto retry;
2406                                 } else if (vm_page_held(m)) {
2407                                         error = EBUSY;
2408                                         goto unlock;
2409                                 }
2410                         }
2411                         KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2412                             ("page %p is PG_UNHOLDFREE", m));
2413                         /* Don't care: PG_NODUMP, PG_ZERO. */
2414                         if (object->type != OBJT_DEFAULT &&
2415                             object->type != OBJT_SWAP &&
2416                             object->type != OBJT_VNODE)
2417                                 error = EINVAL;
2418                         else if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2419                                 error = EINVAL;
2420                         else if (m->queue != PQ_NONE && !vm_page_busied(m)) {
2421                                 KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) ==
2422                                     VM_MEMATTR_DEFAULT,
2423                                     ("page %p has an unexpected memattr", m));
2424                                 KASSERT((m->oflags & (VPO_SWAPINPROG |
2425                                     VPO_SWAPSLEEP | VPO_UNMANAGED)) == 0,
2426                                     ("page %p has unexpected oflags", m));
2427                                 /* Don't care: VPO_NOSYNC. */
2428                                 if (m->valid != 0) {
2429                                         /*
2430                                          * First, try to allocate a new page
2431                                          * that is above "high".  Failing
2432                                          * that, try to allocate a new page
2433                                          * that is below "m_run".  Allocate
2434                                          * the new page between the end of
2435                                          * "m_run" and "high" only as a last
2436                                          * resort.
2437                                          */
2438                                         req = req_class | VM_ALLOC_NOOBJ;
2439                                         if ((m->flags & PG_NODUMP) != 0)
2440                                                 req |= VM_ALLOC_NODUMP;
2441                                         if (trunc_page(high) !=
2442                                             ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK) {
2443                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2444                                                     NULL, 0, req, 1,
2445                                                     round_page(high),
2446                                                     ~(vm_paddr_t)0,
2447                                                     PAGE_SIZE, 0,
2448                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2449                                         } else
2450                                                 m_new = NULL;
2451                                         if (m_new == NULL) {
2452                                                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run);
2453                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2454                                                     NULL, 0, req, 1,
2455                                                     0, pa - 1, PAGE_SIZE, 0,
2456                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2457                                         }
2458                                         if (m_new == NULL) {
2459                                                 pa += ptoa(npages);
2460                                                 m_new = vm_page_alloc_contig(
2461                                                     NULL, 0, req, 1,
2462                                                     pa, high, PAGE_SIZE, 0,
2463                                                     VM_MEMATTR_DEFAULT);
2464                                         }
2465                                         if (m_new == NULL) {
2466                                                 error = ENOMEM;
2467                                                 goto unlock;
2468                                         }
2469                                         KASSERT(m_new->wire_count == 0,
2470                                             ("page %p is wired", m));
2471
2472                                         /*
2473                                          * Replace "m" with the new page.  For
2474                                          * vm_page_replace(), "m" must be busy
2475                                          * and dequeued.  Finally, change "m"
2476                                          * as if vm_page_free() was called.
2477                                          */
2478                                         if (object->ref_count != 0)
2479                                                 pmap_remove_all(m);
2480                                         m_new->aflags = m->aflags;
2481                                         KASSERT(m_new->oflags == VPO_UNMANAGED,
2482                                             ("page %p is managed", m));
2483                                         m_new->oflags = m->oflags & VPO_NOSYNC;
2484                                         pmap_copy_page(m, m_new);
2485                                         m_new->valid = m->valid;
2486                                         m_new->dirty = m->dirty;
2487                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2488                                         vm_page_xbusy(m);
2489                                         vm_page_remque(m);
2490                                         vm_page_replace_checked(m_new, object,
2491                                             m->pindex, m);
2492                                         m->valid = 0;
2493                                         vm_page_undirty(m);
2494
2495                                         /*
2496                                          * The new page must be deactivated
2497                                          * before the object is unlocked.
2498                                          */
2499                                         vm_page_change_lock(m_new, &m_mtx);
2500                                         vm_page_deactivate(m_new);
2501                                 } else {
2502                                         m->flags &= ~PG_ZERO;
2503                                         vm_page_remque(m);
2504                                         vm_page_remove(m);
2505                                         KASSERT(m->dirty == 0,
2506                                             ("page %p is dirty", m));
2507                                 }
2508                                 SLIST_INSERT_HEAD(&free, m, plinks.s.ss);
2509                         } else
2510                                 error = EBUSY;
2511 unlock:
2512                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2513                 } else {
2514                         MPASS(vm_phys_domain(m) == domain);
2515                         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2516                         vm_domain_free_lock(vmd);
2517                         order = m->order;
2518                         if (order < VM_NFREEORDER) {
2519                                 /*
2520                                  * The page is enqueued in the physical memory
2521                                  * allocator's free page queues.  Moreover, it
2522                                  * is the first page in a power-of-two-sized
2523                                  * run of contiguous free pages.  Jump ahead
2524                                  * to the last page within that run, and
2525                                  * continue from there.
2526                                  */
2527                                 m += (1 << order) - 1;
2528                         }
2529 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2530                         else if (vm_reserv_is_page_free(m))
2531                                 order = 0;
2532 #endif
2533                         vm_domain_free_unlock(vmd);
2534                         if (order == VM_NFREEORDER)
2535                                 error = EINVAL;
2536                 }
2537         }
2538         if (m_mtx != NULL)
2539                 mtx_unlock(m_mtx);
2540         if ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL) {
2541                 vmd = VM_DOMAIN(domain);
2542                 vm_domain_free_lock(vmd);
2543                 do {
2544                         MPASS(vm_phys_domain(m) == domain);
2545                         SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2546                         vm_page_free_phys(vmd, m);
2547                 } while ((m = SLIST_FIRST(&free)) != NULL);
2548                 vm_domain_free_wakeup(vmd);
2549                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2550         }
2551         return (error);
2552 }
2553
2554 #define NRUNS   16
2555
2556 CTASSERT(powerof2(NRUNS));
2557
2558 #define RUN_INDEX(count)        ((count) & (NRUNS - 1))
2559
2560 #define MIN_RECLAIM     8
2561
2562 /*
2563  *      vm_page_reclaim_contig:
2564  *
2565  *      Reclaim allocated, contiguous physical memory satisfying the specified
2566  *      conditions by relocating the virtual pages using that physical memory.
2567  *      Returns true if reclamation is successful and false otherwise.  Since
2568  *      relocation requires the allocation of physical pages, reclamation may
2569  *      fail due to a shortage of free pages.  When reclamation fails, callers
2570  *      are expected to perform VM_WAIT before retrying a failed allocation
2571  *      operation, e.g., vm_page_alloc_contig().
2572  *
2573  *      The caller must always specify an allocation class through "req".
2574  *
2575  *      allocation classes:
2576  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
2577  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
2578  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
2579  *
2580  *      The optional allocation flags are ignored.
2581  *
2582  *      "npages" must be greater than zero.  Both "alignment" and "boundary"
2583  *      must be a power of two.
2584  */
2585 bool
2586 vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
2587     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2588 {
2589         struct vm_domain *vmd;
2590         vm_paddr_t curr_low;
2591         vm_page_t m_run, m_runs[NRUNS];
2592         u_long count, reclaimed;
2593         int error, i, options, req_class;
2594
2595         KASSERT(npages > 0, ("npages is 0"));
2596         KASSERT(powerof2(alignment), ("alignment is not a power of 2"));
2597         KASSERT(powerof2(boundary), ("boundary is not a power of 2"));
2598         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
2599
2600         /*
2601          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
2602          */
2603         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
2604                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
2605
2606         /*
2607          * Return if the number of free pages cannot satisfy the requested
2608          * allocation.
2609          */
2610         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2611         count = vmd->vmd_free_count;
2612         if (count < npages + vmd->vmd_free_reserved || (count < npages +
2613             vmd->vmd_interrupt_free_min && req_class == VM_ALLOC_SYSTEM) ||
2614             (count < npages && req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT))
2615                 return (false);
2616
2617         /*
2618          * Scan up to three times, relaxing the restrictions ("options") on
2619          * the reclamation of reservations and superpages each time.
2620          */
2621         for (options = VPSC_NORESERV;;) {
2622                 /*
2623                  * Find the highest runs that satisfy the given constraints
2624                  * and restrictions, and record them in "m_runs".
2625                  */
2626                 curr_low = low;
2627                 count = 0;
2628                 for (;;) {
2629                         m_run = vm_phys_scan_contig(domain, npages, curr_low,
2630                             high, alignment, boundary, options);
2631                         if (m_run == NULL)
2632                                 break;
2633                         curr_low = VM_PAGE_TO_PHYS(m_run) + ptoa(npages);
2634                         m_runs[RUN_INDEX(count)] = m_run;
2635                         count++;
2636                 }
2637
2638                 /*
2639                  * Reclaim the highest runs in LIFO (descending) order until
2640                  * the number of reclaimed pages, "reclaimed", is at least
2641                  * MIN_RECLAIM.  Reset "reclaimed" each time because each
2642                  * reclamation is idempotent, and runs will (likely) recur
2643                  * from one scan to the next as restrictions are relaxed.
2644                  */
2645                 reclaimed = 0;
2646                 for (i = 0; count > 0 && i < NRUNS; i++) {
2647                         count--;
2648                         m_run = m_runs[RUN_INDEX(count)];
2649                         error = vm_page_reclaim_run(req_class, domain, npages,
2650                             m_run, high);
2651                         if (error == 0) {
2652                                 reclaimed += npages;
2653                                 if (reclaimed >= MIN_RECLAIM)
2654                                         return (true);
2655                         }
2656                 }
2657
2658                 /*
2659                  * Either relax the restrictions on the next scan or return if
2660                  * the last scan had no restrictions.
2661                  */
2662                 if (options == VPSC_NORESERV)
2663                         options = VPSC_NOSUPER;
2664                 else if (options == VPSC_NOSUPER)
2665                         options = VPSC_ANY;
2666                 else if (options == VPSC_ANY)
2667                         return (reclaimed != 0);
2668         }
2669 }
2670
2671 bool
2672 vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
2673     u_long alignment, vm_paddr_t boundary)
2674 {
2675         struct vm_domainset_iter di;
2676         int domain;
2677         bool ret;
2678
2679         vm_domainset_iter_page_init(&di, kernel_object, &domain, &req);
2680         do {
2681                 ret = vm_page_reclaim_contig_domain(domain, req, npages, low,
2682                     high, alignment, boundary);
2683                 if (ret)
2684                         break;
2685         } while (vm_domainset_iter_page(&di, &domain, &req) == 0);
2686
2687         return (ret);
2688 }
2689
2690 /*
2691  * Set the domain in the appropriate page level domainset.
2692  */
2693 void
2694 vm_domain_set(struct vm_domain *vmd)
2695 {
2696
2697         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2698         if (!vmd->vmd_minset && vm_paging_min(vmd)) {
2699                 vmd->vmd_minset = 1;
2700                 DOMAINSET_SET(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
2701         }
2702         if (!vmd->vmd_severeset && vm_paging_severe(vmd)) {
2703                 vmd->vmd_severeset = 1;
2704                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
2705         }
2706         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2707 }
2708
2709 /*
2710  * Clear the domain from the appropriate page level domainset.
2711  */
2712 static void
2713 vm_domain_clear(struct vm_domain *vmd)
2714 {
2715
2716         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2717         if (vmd->vmd_minset && !vm_paging_min(vmd)) {
2718                 vmd->vmd_minset = 0;
2719                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_min_domains);
2720                 if (vm_min_waiters != 0) {
2721                         vm_min_waiters = 0;
2722                         wakeup(&vm_min_domains);
2723                 }
2724         }
2725         if (vmd->vmd_severeset && !vm_paging_severe(vmd)) {
2726                 vmd->vmd_severeset = 0;
2727                 DOMAINSET_CLR(vmd->vmd_domain, &vm_severe_domains);
2728                 if (vm_severe_waiters != 0) {
2729                         vm_severe_waiters = 0;
2730                         wakeup(&vm_severe_domains);
2731                 }
2732         }
2733         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Wait for free pages to exceed the min threshold globally.
2738  */
2739 void
2740 vm_wait_min(void)
2741 {
2742
2743         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2744         while (vm_page_count_min()) {
2745                 vm_min_waiters++;
2746                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PVM, "vmwait", 0);
2747         }
2748         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2749 }
2750
2751 /*
2752  * Wait for free pages to exceed the severe threshold globally.
2753  */
2754 void
2755 vm_wait_severe(void)
2756 {
2757
2758         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2759         while (vm_page_count_severe()) {
2760                 vm_severe_waiters++;
2761                 msleep(&vm_severe_domains, &vm_domainset_lock, PVM,
2762                     "vmwait", 0);
2763         }
2764         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2765 }
2766
2767 u_int
2768 vm_wait_count(void)
2769 {
2770         u_int cnt;
2771         int i;
2772
2773         cnt = 0;
2774         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2775                 cnt += VM_DOMAIN(i)->vmd_waiters;
2776         cnt += vm_severe_waiters + vm_min_waiters;
2777
2778         return (cnt);
2779 }
2780
2781 /*
2782  *      vm_wait_domain:
2783  *
2784  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2785  *      - Called in various places after failed memory allocations.
2786  */
2787 void
2788 vm_wait_domain(int domain)
2789 {
2790         struct vm_domain *vmd;
2791
2792         vmd = VM_DOMAIN(domain);
2793         vm_domain_free_assert_locked(vmd);
2794
2795         if (curproc == pageproc) {
2796                 vmd->vmd_pageout_pages_needed = 1;
2797                 msleep(&vmd->vmd_pageout_pages_needed,
2798                     vm_domain_free_lockptr(vmd), PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
2799         } else {
2800                 if (pageproc == NULL)
2801                         panic("vm_wait in early boot");
2802                 pagedaemon_wait(domain, PVM, "vmwait");
2803         }
2804 }
2805
2806 /*
2807  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
2808  *
2809  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2810  *      - Called in various places after failed memory allocations.
2811  */
2812 void
2813 vm_wait(void)
2814 {
2815
2816         /*
2817          * We use racey wakeup synchronization to avoid expensive global
2818          * locking for the pageproc when sleeping with a non-specific vm_wait.
2819          * To handle this, we only sleep for one tick in this instance.  It
2820          * is expected that most allocations for the pageproc will come from
2821          * kmem or vm_page_grab* which will use the more specific and
2822          * race-free vm_wait_domain().
2823          */
2824         if (curproc == pageproc) {
2825                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2826                 vm_pageproc_waiters++;
2827                 msleep(&vm_pageproc_waiters, &vm_domainset_lock, PVM,
2828                     "pageprocwait", 1);
2829                 mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2830         } else {
2831                 /*
2832                  * XXX Ideally we would wait only until the allocation could
2833                  * be satisfied.  This condition can cause new allocators to
2834                  * consume all freed pages while old allocators wait.
2835                  */
2836                 mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2837                 if (vm_page_count_min()) {
2838                         vm_min_waiters++;
2839                         msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PVM,
2840                             "vmwait", 0);
2841                 }
2842                 mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2843         }
2844 }
2845
2846 /*
2847  *      vm_domain_alloc_fail:
2848  *
2849  *      Called when a page allocation function fails.  Informs the
2850  *      pagedaemon and performs the requested wait.  Requires the
2851  *      domain_free and object lock on entry.  Returns with the
2852  *      object lock held and free lock released.  Returns an error when
2853  *      retry is necessary.
2854  *
2855  */
2856 static int
2857 vm_domain_alloc_fail(struct vm_domain *vmd, vm_object_t object, int req)
2858 {
2859
2860         vm_domain_free_assert_locked(vmd);
2861
2862         atomic_add_int(&vmd->vmd_pageout_deficit,
2863             max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
2864         if (req & (VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL)) {
2865                 if (object != NULL) 
2866                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2867                 vm_wait_domain(vmd->vmd_domain);
2868                 if (object != NULL) 
2869                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2870                 if (req & VM_ALLOC_WAITOK)
2871                         return (EAGAIN);
2872         } else {
2873                 vm_domain_free_unlock(vmd);
2874                 pagedaemon_wakeup(vmd->vmd_domain);
2875         }
2876         return (0);
2877 }
2878
2879 /*
2880  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
2881  *
2882  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2883  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
2884  *        can be easily tracked.
2885  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
2886  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
2887  *        this balance without careful testing first.
2888  */
2889 void
2890 vm_waitpfault(void)
2891 {
2892
2893         mtx_lock(&vm_domainset_lock);
2894         if (vm_page_count_min()) {
2895                 vm_min_waiters++;
2896                 msleep(&vm_min_domains, &vm_domainset_lock, PUSER, "pfault", 0);
2897         }
2898         mtx_unlock(&vm_domainset_lock);
2899 }
2900
2901 struct vm_pagequeue *
2902 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
2903 {
2904
2905         return (&vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[m->queue]);
2906 }
2907
2908 /*
2909  *      vm_page_dequeue:
2910  *
2911  *      Remove the given page from its current page queue.
2912  *
2913  *      The page must be locked.
2914  */
2915 void
2916 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
2917 {
2918         struct vm_pagequeue *pq;
2919
2920         vm_page_assert_locked(m);
2921         KASSERT(m->queue < PQ_COUNT, ("vm_page_dequeue: page %p is not queued",
2922             m));
2923         pq = vm_page_pagequeue(m);
2924         vm_pagequeue_lock(pq);
2925         m->queue = PQ_NONE;
2926         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2927         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2928         vm_pagequeue_unlock(pq);
2929 }
2930
2931 /*
2932  *      vm_page_dequeue_locked:
2933  *
2934  *      Remove the given page from its current page queue.
2935  *
2936  *      The page and page queue must be locked.
2937  */
2938 void
2939 vm_page_dequeue_locked(vm_page_t m)
2940 {
2941         struct vm_pagequeue *pq;
2942
2943         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2944         pq = vm_page_pagequeue(m);
2945         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2946         m->queue = PQ_NONE;
2947         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2948         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2949 }
2950
2951 /*
2952  *      vm_page_enqueue:
2953  *
2954  *      Add the given page to the specified page queue.
2955  *
2956  *      The page must be locked.
2957  */
2958 static void
2959 vm_page_enqueue(uint8_t queue, vm_page_t m)
2960 {
2961         struct vm_pagequeue *pq;
2962
2963         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2964         KASSERT(queue < PQ_COUNT,
2965             ("vm_page_enqueue: invalid queue %u request for page %p",
2966             queue, m));
2967         pq = &vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
2968         vm_pagequeue_lock(pq);
2969         m->queue = queue;
2970         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2971         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2972         vm_pagequeue_unlock(pq);
2973 }
2974
2975 /*
2976  *      vm_page_requeue:
2977  *
2978  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2979  *
2980  *      The page must be locked.
2981  */
2982 void
2983 vm_page_requeue(vm_page_t m)
2984 {
2985         struct vm_pagequeue *pq;
2986
2987         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2988         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2989             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
2990         pq = vm_page_pagequeue(m);
2991         vm_pagequeue_lock(pq);
2992         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2993         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2994         vm_pagequeue_unlock(pq);
2995 }
2996
2997 /*
2998  *      vm_page_requeue_locked:
2999  *
3000  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
3001  *
3002  *      The page queue must be locked.
3003  */
3004 void
3005 vm_page_requeue_locked(vm_page_t m)
3006 {
3007         struct vm_pagequeue *pq;
3008
3009         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
3010             ("vm_page_requeue_locked: page %p is not queued", m));
3011         pq = vm_page_pagequeue(m);
3012         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
3013         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3014         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3015 }
3016
3017 /*
3018  *      vm_page_activate:
3019  *
3020  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
3021  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
3022  *      mess with it.
3023  *
3024  *      The page must be locked.
3025  */
3026 void
3027 vm_page_activate(vm_page_t m)
3028 {
3029         int queue;
3030
3031         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
3032         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
3033                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3034                         if (m->act_count < ACT_INIT)
3035                                 m->act_count = ACT_INIT;
3036                         if (queue != PQ_NONE)
3037                                 vm_page_dequeue(m);
3038                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
3039                 }
3040         } else {
3041                 if (m->act_count < ACT_INIT)
3042                         m->act_count = ACT_INIT;
3043         }
3044 }
3045
3046 /*
3047  *      vm_domain_free_wakeup:
3048  *
3049  *      Helper routine for vm_page_free_toq().  This routine is called
3050  *      when a page is added to the free queues.
3051  *
3052  *      The page queues must be locked.
3053  */
3054 static void
3055 vm_domain_free_wakeup(struct vm_domain *vmd)
3056 {
3057
3058         vm_domain_free_assert_locked(vmd);
3059
3060         /*
3061          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
3062          * some free.
3063          */
3064         if (vmd->vmd_pageout_pages_needed &&
3065             vmd->vmd_free_count >= vmd->vmd_pageout_free_min) {
3066                 wakeup(&vmd->vmd_pageout_pages_needed);
3067                 vmd->vmd_pageout_pages_needed = 0;
3068         }
3069         /*
3070          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
3071          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
3072          * lots of memory. this process will swapin processes.
3073          */
3074         if (vmd->vmd_pages_needed && !vm_paging_min(vmd)) {
3075                 vmd->vmd_pages_needed = false;
3076                 wakeup(&vmd->vmd_free_count);
3077         }
3078         if ((vmd->vmd_minset && !vm_paging_min(vmd)) ||
3079             (vmd->vmd_severeset && !vm_paging_severe(vmd)))
3080                 vm_domain_clear(vmd);
3081
3082         /* See comments in vm_wait(); */
3083         if (vm_pageproc_waiters) {
3084                 vm_pageproc_waiters = 0;
3085                 wakeup(&vm_pageproc_waiters);
3086         }
3087
3088 }
3089
3090 /*
3091  *      vm_page_free_prep:
3092  *
3093  *      Prepares the given page to be put on the free list,
3094  *      disassociating it from any VM object. The caller may return
3095  *      the page to the free list only if this function returns true.
3096  *
3097  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is
3098  *      managed.  For a queued managed page, the pagequeue_locked
3099  *      argument specifies whether the page queue is already locked.
3100  */
3101 bool
3102 vm_page_free_prep(vm_page_t m, bool pagequeue_locked)
3103 {
3104
3105 #if defined(DIAGNOSTIC) && defined(PHYS_TO_DMAP)
3106         if (PMAP_HAS_DMAP && (m->flags & PG_ZERO) != 0) {
3107                 uint64_t *p;
3108                 int i;
3109                 p = (uint64_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3110                 for (i = 0; i < PAGE_SIZE / sizeof(uint64_t); i++, p++)
3111                         KASSERT(*p == 0, ("vm_page_free_prep %p PG_ZERO %d %jx",
3112                             m, i, (uintmax_t)*p));
3113         }
3114 #endif
3115         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3116                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
3117                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
3118                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
3119         } else
3120                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
3121                     ("vm_page_free_toq: unmanaged page %p is queued", m));
3122         VM_CNT_INC(v_tfree);
3123
3124         if (vm_page_sbusied(m))
3125                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
3126
3127         vm_page_remove(m);
3128
3129         /*
3130          * If fictitious remove object association and
3131          * return.
3132          */
3133         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
3134                 KASSERT(m->wire_count == 1,
3135                     ("fictitious page %p is not wired", m));
3136                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
3137                     ("fictitious page %p is queued", m));
3138                 return (false);
3139         }
3140
3141         if (m->queue != PQ_NONE) {
3142                 if (pagequeue_locked)
3143                         vm_page_dequeue_locked(m);
3144                 else
3145                         vm_page_dequeue(m);
3146         }
3147         m->valid = 0;
3148         vm_page_undirty(m);
3149
3150         if (m->wire_count != 0)
3151                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
3152         if (m->hold_count != 0) {
3153                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3154                 KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
3155                     ("vm_page_free: freeing PG_UNHOLDFREE page %p", m));
3156                 m->flags |= PG_UNHOLDFREE;
3157                 return (false);
3158         }
3159
3160         /*
3161          * Restore the default memory attribute to the page.
3162          */
3163         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
3164                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
3165
3166         return (true);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * Insert the page into the physical memory allocator's free page
3171  * queues.  This is the last step to free a page.
3172  */
3173 static void
3174 vm_page_free_phys(struct vm_domain *vmd, vm_page_t m)
3175 {
3176
3177         vm_domain_free_assert_locked(vmd);
3178
3179         vm_domain_freecnt_adj(vmd, 1);
3180 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3181         if (!vm_reserv_free_page(m))
3182 #endif
3183                 vm_phys_free_pages(m, 0);
3184 }
3185
3186 void
3187 vm_page_free_phys_pglist(struct pglist *tq)
3188 {
3189         struct vm_domain *vmd;
3190         vm_page_t m;
3191
3192         if (TAILQ_EMPTY(tq))
3193                 return;
3194         vmd = NULL;
3195         TAILQ_FOREACH(m, tq, listq) {
3196                 if (vmd != vm_pagequeue_domain(m)) {
3197                         if (vmd != NULL) {
3198                                 vm_domain_free_wakeup(vmd);
3199                                 vm_domain_free_unlock(vmd);
3200                         }
3201                         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3202                         vm_domain_free_lock(vmd);
3203                 }
3204                 vm_page_free_phys(vmd, m);
3205         }
3206         if (vmd != NULL) {
3207                 vm_domain_free_wakeup(vmd);
3208                 vm_domain_free_unlock(vmd);
3209         }
3210 }
3211
3212 /*
3213  *      vm_page_free_toq:
3214  *
3215  *      Returns the given page to the free list, disassociating it
3216  *      from any VM object.
3217  *
3218  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is
3219  *      managed.
3220  */
3221 void
3222 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
3223 {
3224         struct vm_domain *vmd;
3225
3226         if (!vm_page_free_prep(m, false))
3227                 return;
3228         vmd = vm_pagequeue_domain(m);
3229         vm_domain_free_lock(vmd);
3230         vm_page_free_phys(vmd, m);
3231         vm_domain_free_wakeup(vmd);
3232         vm_domain_free_unlock(vmd);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * vm_page_wire:
3237  *
3238  * Mark this page as wired down.  If the page is fictitious, then
3239  * its wire count must remain one.
3240  *
3241  * The page must be locked.
3242  */
3243 void
3244 vm_page_wire(vm_page_t m)
3245 {
3246
3247         vm_page_assert_locked(m);
3248         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
3249                 KASSERT(m->wire_count == 1,
3250                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
3251                     m));
3252                 return;
3253         }
3254         if (m->wire_count == 0) {
3255                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 ||
3256                     m->queue == PQ_NONE,
3257                     ("vm_page_wire: unmanaged page %p is queued", m));
3258                 vm_wire_add(1);
3259         }
3260         m->wire_count++;
3261         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
3262 }
3263
3264 /*
3265  * vm_page_unwire:
3266  *
3267  * Release one wiring of the specified page, potentially allowing it to be
3268  * paged out.  Returns TRUE if the number of wirings transitions to zero and
3269  * FALSE otherwise.
3270  *
3271  * Only managed pages belonging to an object can be paged out.  If the number
3272  * of wirings transitions to zero and the page is eligible for page out, then
3273  * the page is added to the specified paging queue (unless PQ_NONE is
3274  * specified, in which case the page is dequeued if it belongs to a paging
3275  * queue).
3276  *
3277  * If a page is fictitious, then its wire count must always be one.
3278  *
3279  * A managed page must be locked.
3280  */
3281 bool
3282 vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue)
3283 {
3284         bool unwired;
3285
3286         KASSERT(queue < PQ_COUNT || queue == PQ_NONE,
3287             ("vm_page_unwire: invalid queue %u request for page %p",
3288             queue, m));
3289
3290         unwired = vm_page_unwire_noq(m);
3291         if (unwired && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && m->object != NULL) {
3292                 if (m->queue == queue) {
3293                         if (queue == PQ_ACTIVE)
3294                                 vm_page_reference(m);
3295                         else if (queue != PQ_NONE)
3296                                 vm_page_requeue(m);
3297                 } else {
3298                         vm_page_remque(m);
3299                         if (queue != PQ_NONE) {
3300                                 vm_page_enqueue(queue, m);
3301                                 if (queue == PQ_ACTIVE)
3302                                         /* Initialize act_count. */
3303                                         vm_page_activate(m);
3304                         }
3305                 }
3306         }
3307         return (unwired);
3308 }
3309
3310 /*
3311  *
3312  * vm_page_unwire_noq:
3313  *
3314  * Unwire a page without (re-)inserting it into a page queue.  It is up
3315  * to the caller to enqueue, requeue, or free the page as appropriate.
3316  * In most cases, vm_page_unwire() should be used instead.
3317  */
3318 bool
3319 vm_page_unwire_noq(vm_page_t m)
3320 {
3321
3322         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3323                 vm_page_assert_locked(m);
3324         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
3325                 KASSERT(m->wire_count == 1,
3326             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
3327                 return (false);
3328         }
3329         if (m->wire_count == 0)
3330                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
3331         m->wire_count--;
3332         if (m->wire_count == 0) {
3333                 vm_wire_sub(1);
3334                 return (true);
3335         } else
3336                 return (false);
3337 }
3338
3339 /*
3340  * Move the specified page to the inactive queue.
3341  *
3342  * Normally, "noreuse" is FALSE, resulting in LRU ordering of the inactive
3343  * queue.  However, setting "noreuse" to TRUE will accelerate the specified
3344  * page's reclamation, but it will not unmap the page from any address space.
3345  * This is implemented by inserting the page near the head of the inactive
3346  * queue, using a marker page to guide FIFO insertion ordering.
3347  *
3348  * The page must be locked.
3349  */
3350 static inline void
3351 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, boolean_t noreuse)
3352 {
3353         struct vm_pagequeue *pq;
3354         int queue;
3355
3356         vm_page_assert_locked(m);
3357
3358         /*
3359          * Ignore if the page is already inactive, unless it is unlikely to be
3360          * reactivated.
3361          */
3362         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE && !noreuse)
3363                 return;
3364         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3365                 pq = &vm_pagequeue_domain(m)->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE];
3366                 /* Avoid multiple acquisitions of the inactive queue lock. */
3367                 if (queue == PQ_INACTIVE) {
3368                         vm_pagequeue_lock(pq);
3369                         vm_page_dequeue_locked(m);
3370                 } else {
3371                         if (queue != PQ_NONE)
3372                                 vm_page_dequeue(m);
3373                         vm_pagequeue_lock(pq);
3374                 }
3375                 m->queue = PQ_INACTIVE;
3376                 if (noreuse)
3377                         TAILQ_INSERT_BEFORE(
3378                             &vm_pagequeue_domain(m)->vmd_inacthead, m,
3379                             plinks.q);
3380                 else
3381                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
3382                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
3383                 vm_pagequeue_unlock(pq);
3384         }
3385 }
3386
3387 /*
3388  * Move the specified page to the inactive queue.
3389  *
3390  * The page must be locked.
3391  */
3392 void
3393 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
3394 {
3395
3396         _vm_page_deactivate(m, FALSE);
3397 }
3398
3399 /*
3400  * Move the specified page to the inactive queue with the expectation
3401  * that it is unlikely to be reused.
3402  *
3403  * The page must be locked.
3404  */
3405 void
3406 vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t m)
3407 {
3408
3409         _vm_page_deactivate(m, TRUE);
3410 }
3411
3412 /*
3413  * vm_page_launder
3414  *
3415  *      Put a page in the laundry.
3416  */
3417 void
3418 vm_page_launder(vm_page_t m)
3419 {
3420         int queue;
3421
3422         vm_page_assert_locked(m);
3423         if ((queue = m->queue) != PQ_LAUNDRY) {
3424                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3425                         if (queue != PQ_NONE)
3426                                 vm_page_dequeue(m);
3427                         vm_page_enqueue(PQ_LAUNDRY, m);
3428                 } else
3429                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
3430                             ("wired page %p is queued", m));
3431         }
3432 }
3433
3434 /*
3435  * vm_page_unswappable
3436  *
3437  *      Put a page in the PQ_UNSWAPPABLE holding queue.
3438  */
3439 void
3440 vm_page_unswappable(vm_page_t m)
3441 {
3442
3443         vm_page_assert_locked(m);
3444         KASSERT(m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3445             ("page %p already unswappable", m));
3446         if (m->queue != PQ_NONE)
3447                 vm_page_dequeue(m);
3448         vm_page_enqueue(PQ_UNSWAPPABLE, m);
3449 }
3450
3451 /*
3452  * Attempt to free the page.  If it cannot be freed, do nothing.  Returns true
3453  * if the page is freed and false otherwise.
3454  *
3455  * The page must be managed.  The page and its containing object must be
3456  * locked.
3457  */
3458 bool
3459 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
3460 {
3461
3462         vm_page_assert_locked(m);
3463         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3464         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0, ("page %p is unmanaged", m));
3465         if (m->dirty != 0 || vm_page_held(m) || vm_page_busied(m))
3466                 return (false);
3467         if (m->object->ref_count != 0) {
3468                 pmap_remove_all(m);
3469                 if (m->dirty != 0)
3470                         return (false);
3471         }
3472         vm_page_free(m);
3473         return (true);
3474 }
3475
3476 /*
3477  * vm_page_advise
3478  *
3479  *      Apply the specified advice to the given page.
3480  *
3481  *      The object and page must be locked.
3482  */
3483 void
3484 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
3485 {
3486
3487         vm_page_assert_locked(m);
3488         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3489         if (advice == MADV_FREE)
3490                 /*
3491                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
3492                  * without first paging it out.  MADV_FREE pages are often
3493                  * quickly reused by malloc(3), so we do not do anything that
3494                  * would result in a page fault on a later access.
3495                  */
3496                 vm_page_undirty(m);
3497         else if (advice != MADV_DONTNEED) {
3498                 if (advice == MADV_WILLNEED)
3499                         vm_page_activate(m);
3500                 return;
3501         }
3502
3503         /*
3504          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
3505          * immediately reactivate the page.
3506          */
3507         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
3508
3509         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
3510                 vm_page_dirty(m);
3511
3512         /*
3513          * Place clean pages near the head of the inactive queue rather than
3514          * the tail, thus defeating the queue's LRU operation and ensuring that
3515          * the page will be reused quickly.  Dirty pages not already in the
3516          * laundry are moved there.
3517          */
3518         if (m->dirty == 0)
3519                 vm_page_deactivate_noreuse(m);
3520         else
3521                 vm_page_launder(m);
3522 }
3523
3524 /*
3525  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
3526  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
3527  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
3528  * and then conditionally zero it.
3529  *
3530  * This routine may sleep.
3531  *
3532  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
3533  * and reacquired if the routine sleeps.
3534  */
3535 vm_page_t
3536 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
3537 {
3538         vm_page_t m;
3539         int sleep;
3540         int pflags;
3541
3542         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3543         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
3544             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
3545             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
3546         pflags = allocflags &
3547             ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WAITFAIL);
3548         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) == 0)
3549                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
3550 retrylookup:
3551         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
3552                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
3553                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
3554                 if (sleep) {
3555                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3556                                 return (NULL);
3557                         /*
3558                          * Reference the page before unlocking and
3559                          * sleeping so that the page daemon is less
3560                          * likely to reclaim it.
3561                          */
3562                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3563                         vm_page_lock(m);
3564                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3565                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt", (allocflags &
3566                             VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
3567                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
3568                         goto retrylookup;
3569                 } else {
3570                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
3571                                 vm_page_lock(m);
3572                                 vm_page_wire(m);
3573                                 vm_page_unlock(m);
3574                         }
3575                         if ((allocflags &
3576                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
3577                                 vm_page_xbusy(m);
3578                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
3579                                 vm_page_sbusy(m);
3580                         return (m);
3581                 }
3582         }
3583         m = vm_page_alloc(object, pindex, pflags);
3584         if (m == NULL) {
3585                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3586                         return (NULL);
3587                 goto retrylookup;
3588         }
3589         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
3590                 pmap_zero_page(m);
3591         return (m);
3592 }
3593
3594 /*
3595  * Return the specified range of pages from the given object.  For each
3596  * page offset within the range, if a page already exists within the object
3597  * at that offset and it is busy, then wait for it to change state.  If,
3598  * instead, the page doesn't exist, then allocate it.
3599  *
3600  * The caller must always specify an allocation class.
3601  *
3602  * allocation classes:
3603  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
3604  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs the pages
3605  *
3606  * The caller must always specify that the pages are to be busied and/or
3607  * wired.
3608  *
3609  * optional allocation flags:
3610  *      VM_ALLOC_IGN_SBUSY      do not sleep on soft busy pages
3611  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
3612  *      VM_ALLOC_NOWAIT         do not sleep
3613  *      VM_ALLOC_SBUSY          set page to sbusy state
3614  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the pages
3615  *      VM_ALLOC_ZERO           zero and validate any invalid pages
3616  *
3617  * If VM_ALLOC_NOWAIT is not specified, this routine may sleep.  Otherwise, it
3618  * may return a partial prefix of the requested range.
3619  */
3620 int
3621 vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
3622     vm_page_t *ma, int count)
3623 {
3624         vm_page_t m, mpred;
3625         int pflags;
3626         int i;
3627         bool sleep;
3628
3629         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3630         KASSERT(((u_int)allocflags >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT) == 0,
3631             ("vm_page_grap_pages: VM_ALLOC_COUNT() is not allowed"));
3632         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0 ||
3633             (allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0,
3634             ("vm_page_grab_pages: the pages must be busied or wired"));
3635         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
3636             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
3637             ("vm_page_grab_pages: VM_ALLOC_SBUSY/IGN_SBUSY mismatch"));
3638         if (count == 0)
3639                 return (0);
3640         pflags = allocflags & ~(VM_ALLOC_NOWAIT | VM_ALLOC_WAITOK |
3641             VM_ALLOC_WAITFAIL | VM_ALLOC_IGN_SBUSY);
3642         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) == 0)
3643                 pflags |= VM_ALLOC_WAITFAIL;
3644         i = 0;
3645 retrylookup:
3646         m = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex + i);
3647         if (m == NULL || m->pindex != pindex + i) {
3648                 mpred = m;
3649                 m = NULL;
3650         } else
3651                 mpred = TAILQ_PREV(m, pglist, listq);
3652         for (; i < count; i++) {
3653                 if (m != NULL) {
3654                         sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
3655                             vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
3656                         if (sleep) {
3657                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3658                                         break;
3659                                 /*
3660                                  * Reference the page before unlocking and
3661                                  * sleeping so that the page daemon is less
3662                                  * likely to reclaim it.
3663                                  */
3664                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3665                                 vm_page_lock(m);
3666                                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
3667                                 vm_page_busy_sleep(m, "grbmaw", (allocflags &
3668                                     VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0);
3669                                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
3670                                 goto retrylookup;
3671                         }
3672                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
3673                                 vm_page_lock(m);
3674                                 vm_page_wire(m);
3675                                 vm_page_unlock(m);
3676                         }
3677                         if ((allocflags & (VM_ALLOC_NOBUSY |
3678                             VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
3679                                 vm_page_xbusy(m);
3680                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
3681                                 vm_page_sbusy(m);
3682                 } else {
3683                         m = vm_page_alloc_after(object, pindex + i,
3684                             pflags | VM_ALLOC_COUNT(count - i), mpred);
3685                         if (m == NULL) {
3686                                 if ((allocflags & VM_ALLOC_NOWAIT) != 0)
3687                                         break;
3688                                 goto retrylookup;
3689                         }
3690                 }
3691                 if (m->valid == 0 && (allocflags & VM_ALLOC_ZERO) != 0) {
3692                         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3693                                 pmap_zero_page(m);
3694                         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3695                 }
3696                 ma[i] = mpred = m;
3697                 m = vm_page_next(m);
3698         }
3699         return (i);
3700 }
3701
3702 /*
3703  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
3704  *
3705  * Inputs are required to range within a page.
3706  */
3707 vm_page_bits_t
3708 vm_page_bits(int base, int size)
3709 {
3710         int first_bit;
3711         int last_bit;
3712
3713         KASSERT(
3714             base + size <= PAGE_SIZE,
3715             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
3716         );
3717
3718         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
3719                 return (0);
3720
3721         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
3722         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
3723
3724         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
3725             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
3726 }
3727
3728 /*
3729  *      vm_page_set_valid_range:
3730  *
3731  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
3732  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3733  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3734  *      such chunks will be zeroed.
3735  *
3736  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3737  */
3738 void
3739 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
3740 {
3741         int endoff, frag;
3742
3743         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3744         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3745                 return;
3746
3747         /*
3748          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3749          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3750          * first block.
3751          */
3752         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3753             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3754                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3755
3756         /*
3757          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3758          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3759          * the last block.
3760          */
3761         endoff = base + size;
3762         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3763             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3764                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3765                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3766
3767         /*
3768          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
3769          * is already dirty.
3770          */
3771         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
3772             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
3773
3774         /*
3775          * Set valid bits inclusive of any overlap.
3776          */
3777         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
3778 }
3779
3780 /*
3781  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
3782  */
3783 static __inline void
3784 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
3785 {
3786         uintptr_t addr;
3787 #if PAGE_SIZE < 16384
3788         int shift;
3789 #endif
3790
3791         /*
3792          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
3793          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
3794          * set by a concurrent pmap operation.
3795          */
3796         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3797         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
3798                 m->dirty &= ~pagebits;
3799         else {
3800                 /*
3801                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
3802                  * holding a distinguished lock.  The combination of
3803                  * the object's lock and an atomic operation suffice
3804                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
3805                  *
3806                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
3807                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
3808                  * alignment is needed. Only require existence of
3809                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
3810                  */
3811                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
3812 #if PAGE_SIZE == 32768
3813                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
3814 #elif PAGE_SIZE == 16384
3815                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
3816 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
3817                 /*
3818                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
3819                  * containing aligned word, to not depend on the existence
3820                  * of atomic_clear_{8, 16}.
3821                  */
3822                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
3823 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
3824                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
3825 #else
3826                 shift *= NBBY;
3827 #endif
3828                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
3829                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
3830 #endif          /* PAGE_SIZE */
3831         }
3832 }
3833
3834 /*
3835  *      vm_page_set_validclean:
3836  *
3837  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
3838  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
3839  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
3840  *      such chunks will be zero'd.
3841  *
3842  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
3843  */
3844 void
3845 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
3846 {
3847         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
3848         int endoff, frag;
3849
3850         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3851         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
3852                 return;
3853
3854         /*
3855          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
3856          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
3857          * first block.
3858          */
3859         if ((frag = rounddown2(base, DEV_BSIZE)) != base &&
3860             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3861                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
3862
3863         /*
3864          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the
3865          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
3866          * the last block.
3867          */
3868         endoff = base + size;
3869         if ((frag = rounddown2(endoff, DEV_BSIZE)) != endoff &&
3870             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
3871                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
3872                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
3873
3874         /*
3875          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
3876          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
3877          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
3878          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
3879          * be set again.
3880          *
3881          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
3882          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
3883          * the range.
3884          */
3885         oldvalid = m->valid;
3886         pagebits = vm_page_bits(base, size);
3887         m->valid |= pagebits;
3888 #if 0   /* NOT YET */
3889         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
3890                 frag = DEV_BSIZE - frag;
3891                 base += frag;
3892                 size -= frag;
3893                 if (size < 0)
3894                         size = 0;
3895         }
3896         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
3897 #endif
3898         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
3899                 /*
3900                  * The page can only be modified within the pmap if it is
3901                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
3902                  * fully valid.
3903                  */
3904                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
3905                         /*
3906                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
3907                          * a concurrent pmap operation, such as
3908                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
3909                          * pmap and set the dirty field on the page before
3910                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
3911                          * field was cleared here.
3912                          */
3913                         pmap_clear_modify(m);
3914                 m->dirty = 0;
3915                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
3916         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
3917                 m->dirty &= ~pagebits;
3918         else
3919                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
3920 }
3921
3922 void
3923 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
3924 {
3925
3926         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
3927 }
3928
3929 /*
3930  *      vm_page_set_invalid:
3931  *
3932  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
3933  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
3934  */
3935 void
3936 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
3937 {
3938         vm_page_bits_t bits;
3939         vm_object_t object;
3940
3941         object = m->object;
3942         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3943         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
3944             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
3945                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
3946         else
3947                 bits = vm_page_bits(base, size);
3948         if (object->ref_count != 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL &&
3949             bits != 0)
3950                 pmap_remove_all(m);
3951         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
3952             !pmap_page_is_mapped(m),
3953             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
3954         m->valid &= ~bits;
3955         m->dirty &= ~bits;
3956 }
3957
3958 /*
3959  * vm_page_zero_invalid()
3960  *
3961  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain
3962  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3963  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3964  *      page so user code sees what it expects.
3965  *
3966  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped
3967  *      into memory and the file's size is not page aligned.
3968  */
3969 void
3970 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3971 {
3972         int b;
3973         int i;
3974
3975         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3976         /*
3977          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3978          * must be zeroed.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3979          * valid bit may be set ) have already been zeroed by
3980          * vm_page_set_validclean().
3981          */
3982         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3983                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) ||
3984                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
3985                         if (i > b) {
3986                                 pmap_zero_page_area(m,
3987                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
3988                         }
3989                         b = i + 1;
3990                 }
3991         }
3992
3993         /*
3994          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3995          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
3996          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3997          */
3998         if (setvalid)
3999                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
4000 }
4001
4002 /*
4003  *      vm_page_is_valid:
4004  *
4005  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
4006  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
4007  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
4008  */
4009 int
4010 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
4011 {
4012         vm_page_bits_t bits;
4013
4014         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4015         bits = vm_page_bits(base, size);
4016         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
4017 }
4018
4019 /*
4020  * Returns true if all of the specified predicates are true for the entire
4021  * (super)page and false otherwise.
4022  */
4023 bool
4024 vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m)
4025 {
4026         vm_object_t object;
4027         int i, npages;
4028
4029         object = m->object;
4030         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
4031         npages = atop(pagesizes[m->psind]);
4032
4033         /*
4034          * The physically contiguous pages that make up a superpage, i.e., a
4035          * page with a page size index ("psind") greater than zero, will
4036          * occupy adjacent entries in vm_page_array[].
4037          */
4038         for (i = 0; i < npages; i++) {
4039                 /* Always test object consistency, including "skip_m". */
4040                 if (m[i].object != object)
4041                         return (false);
4042                 if (&m[i] == skip_m)
4043                         continue;
4044                 if ((flags & PS_NONE_BUSY) != 0 && vm_page_busied(&m[i]))
4045                         return (false);
4046                 if ((flags & PS_ALL_DIRTY) != 0) {
4047                         /*
4048                          * Calling vm_page_test_dirty() or pmap_is_modified()
4049                          * might stop this case from spuriously returning
4050                          * "false".  However, that would require a write lock
4051                          * on the object containing "m[i]".
4052                          */
4053                         if (m[i].dirty != VM_PAGE_BITS_ALL)
4054                                 return (false);
4055                 }
4056                 if ((flags & PS_ALL_VALID) != 0 &&
4057                     m[i].valid != VM_PAGE_BITS_ALL)
4058                         return (false);
4059         }
4060         return (true);
4061 }
4062
4063 /*
4064  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
4065  */
4066 void
4067 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
4068 {
4069
4070         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4071         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
4072                 vm_page_dirty(m);
4073 }
4074
4075 void
4076 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4077 {
4078
4079         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
4080 }
4081
4082 void
4083 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4084 {
4085
4086         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
4087 }
4088
4089 int
4090 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4091 {
4092
4093         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
4094 }
4095
4096 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
4097 void
4098 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
4099 {
4100
4101         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
4102 }
4103
4104 void
4105 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
4106 {
4107
4108         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
4109 }
4110 #endif
4111
4112 #ifdef INVARIANTS
4113 void
4114 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
4115 {
4116
4117         /*
4118          * Certain of the page's fields may only be modified by the
4119          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
4120          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
4121          * not recorded, and thus cannot be checked here.
4122          */
4123         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
4124                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4125 }
4126
4127 void
4128 vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits)
4129 {
4130
4131         if ((bits & PGA_WRITEABLE) == 0)
4132                 return;
4133
4134         /*
4135          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is
4136          * managed, is exclusively busied or the object is locked.
4137          * Currently, this flag is only set by pmap_enter().
4138          */
4139         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4140             ("PGA_WRITEABLE on unmanaged page"));
4141         if (!vm_page_xbusied(m))
4142                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4143 }
4144 #endif
4145
4146 #include "opt_ddb.h"
4147 #ifdef DDB
4148 #include <sys/kernel.h>
4149
4150 #include <ddb/ddb.h>
4151
4152 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
4153 {
4154
4155         db_printf("vm_cnt.v_free_count: %d\n", vm_free_count());
4156         db_printf("vm_cnt.v_inactive_count: %d\n", vm_inactive_count());
4157         db_printf("vm_cnt.v_active_count: %d\n", vm_active_count());
4158         db_printf("vm_cnt.v_laundry_count: %d\n", vm_laundry_count());
4159         db_printf("vm_cnt.v_wire_count: %d\n", vm_wire_count());
4160         db_printf("vm_cnt.v_free_reserved: %d\n", vm_cnt.v_free_reserved);
4161         db_printf("vm_cnt.v_free_min: %d\n", vm_cnt.v_free_min);
4162         db_printf("vm_cnt.v_free_target: %d\n", vm_cnt.v_free_target);
4163         db_printf("vm_cnt.v_inactive_target: %d\n", vm_cnt.v_inactive_target);
4164 }
4165
4166 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
4167 {
4168         int dom;
4169
4170         db_printf("pq_free %d\n", vm_free_count());
4171         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
4172                 db_printf(
4173     "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pq_laund %d pq_unsw %d\n",
4174                     dom,
4175                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
4176                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
4177                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
4178                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
4179                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_LAUNDRY].pq_cnt,
4180                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_UNSWAPPABLE].pq_cnt);
4181         }
4182 }
4183
4184 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
4185 {
4186         vm_page_t m;
4187         boolean_t phys;
4188
4189         if (!have_addr) {
4190                 db_printf("show pginfo addr\n");
4191                 return;
4192         }
4193
4194         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
4195         if (phys)
4196                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
4197         else
4198                 m = (vm_page_t)addr;
4199         db_printf(
4200     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
4201     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
4202             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
4203             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
4204             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
4205 }
4206 #endif /* DDB */