]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
- define and use VMCNT_{GET,SET,ADD,SUB,PTR} macros for manipulating
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
18  *    without specific prior written permission.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  *
32  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
33  */
34
35 /*-
36  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
37  * All rights reserved.
38  *
39  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
40  *
41  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
42  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
43  * notice and this permission notice appear in all copies of the
44  * software, derivative works or modified versions, and any portions
45  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
46  *
47  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
48  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
49  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
50  *
51  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
52  *
53  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
54  *  School of Computer Science
55  *  Carnegie Mellon University
56  *  Pittsburgh PA 15213-3890
57  *
58  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
59  * rights to redistribute these changes.
60  */
61
62 /*
63  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
64  *
65  *      - a pageq mutex is required when adding or removing a page from a
66  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
67  *        busy state of a page.
68  *
69  *      - a hash chain mutex is required when associating or disassociating
70  *        a page from the VM PAGE CACHE hash table (vm_page_buckets),
71  *        regardless of other mutexes or the busy state of a page.
72  *
73  *      - either a hash chain mutex OR a busied page is required in order
74  *        to modify the page flags.  A hash chain mutex must be obtained in
75  *        order to busy a page.  A page's flags cannot be modified by a
76  *        hash chain mutex if the page is marked busy.
77  *
78  *      - The object memq mutex is held when inserting or removing
79  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).  This
80  *        is different from the object's main mutex.
81  *
82  *      Generally speaking, you have to be aware of side effects when running
83  *      vm_page ops.  A vm_page_lookup() will return with the hash chain
84  *      locked, whether it was able to lookup the page or not.  vm_page_free(),
85  *      vm_page_cache(), vm_page_activate(), and a number of other routines
86  *      will release the hash chain mutex for you.  Intermediate manipulation
87  *      routines such as vm_page_flag_set() expect the hash chain to be held
88  *      on entry and the hash chain will remain held on return.
89  *
90  *      pageq scanning can only occur with the pageq in question locked.
91  *      We have a known bottleneck with the active queue, but the cache
92  *      and free queues are actually arrays already. 
93  */
94
95 /*
96  *      Resident memory management module.
97  */
98
99 #include <sys/cdefs.h>
100 __FBSDID("$FreeBSD$");
101
102 #include <sys/param.h>
103 #include <sys/systm.h>
104 #include <sys/lock.h>
105 #include <sys/kernel.h>
106 #include <sys/malloc.h>
107 #include <sys/mutex.h>
108 #include <sys/proc.h>
109 #include <sys/sysctl.h>
110 #include <sys/vmmeter.h>
111 #include <sys/vnode.h>
112
113 #include <vm/vm.h>
114 #include <vm/vm_param.h>
115 #include <vm/vm_kern.h>
116 #include <vm/vm_object.h>
117 #include <vm/vm_page.h>
118 #include <vm/vm_pageout.h>
119 #include <vm/vm_pager.h>
120 #include <vm/vm_extern.h>
121 #include <vm/uma.h>
122 #include <vm/uma_int.h>
123
124 #include <machine/md_var.h>
125
126 /*
127  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
128  *      page structure.
129  */
130
131 struct mtx vm_page_queue_mtx;
132 struct mtx vm_page_queue_free_mtx;
133
134 vm_page_t vm_page_array = 0;
135 int vm_page_array_size = 0;
136 long first_page = 0;
137 int vm_page_zero_count = 0;
138
139 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
140 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
141 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
142         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
143
144 /*
145  *      vm_set_page_size:
146  *
147  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
148  *      size.  Must be called before any use of page-size
149  *      dependent functions.
150  */
151 void
152 vm_set_page_size(void)
153 {
154         if (VMCNT_GET(page_size) == 0)
155                 VMCNT_SET(page_size, PAGE_SIZE);
156         if (((VMCNT_GET(page_size) - 1) & VMCNT_GET(page_size)) != 0)
157                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
158 }
159
160 /*
161  *      vm_page_blacklist_lookup:
162  *
163  *      See if a physical address in this page has been listed
164  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
165  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
166  *      encountered then the rest of the string is skipped.
167  */
168 static int
169 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
170 {
171         vm_paddr_t bad;
172         char *cp, *pos;
173
174         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
175                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
176                 if (*cp != '\0') {
177                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
178                                 cp++;
179                                 if (cp == pos)
180                                         continue;
181                         } else
182                                 break;
183                 }
184                 if (pa == trunc_page(bad))
185                         return (1);
186         }
187         return (0);
188 }
189
190 /*
191  *      vm_page_startup:
192  *
193  *      Initializes the resident memory module.
194  *
195  *      Allocates memory for the page cells, and
196  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
197  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
198  */
199 vm_offset_t
200 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
201 {
202         vm_offset_t mapped;
203         vm_size_t npages;
204         vm_paddr_t page_range;
205         vm_paddr_t new_end;
206         int i;
207         vm_paddr_t pa;
208         int nblocks;
209         vm_paddr_t last_pa;
210         char *list;
211
212         /* the biggest memory array is the second group of pages */
213         vm_paddr_t end;
214         vm_paddr_t biggestsize;
215         vm_paddr_t low_water, high_water;
216         int biggestone;
217
218         vm_paddr_t total;
219
220         total = 0;
221         biggestsize = 0;
222         biggestone = 0;
223         nblocks = 0;
224         vaddr = round_page(vaddr);
225
226         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
227                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
228                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
229         }
230
231         low_water = phys_avail[0];
232         high_water = phys_avail[1];
233
234         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
235                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
236
237                 if (size > biggestsize) {
238                         biggestone = i;
239                         biggestsize = size;
240                 }
241                 if (phys_avail[i] < low_water)
242                         low_water = phys_avail[i];
243                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
244                         high_water = phys_avail[i + 1];
245                 ++nblocks;
246                 total += size;
247         }
248
249         end = phys_avail[biggestone+1];
250
251         /*
252          * Initialize the locks.
253          */
254         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue mutex", NULL, MTX_DEF |
255             MTX_RECURSE);
256         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page queue free mutex", NULL,
257             MTX_DEF);
258
259         /*
260          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
261          * and the inactive queue.
262          */
263         vm_pageq_init();
264
265         /*
266          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
267          * allocator.
268          */
269         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
270         new_end = trunc_page(new_end);
271         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
272             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
273         bzero((void *)mapped, end - new_end);
274         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
275
276 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__)
277         /*
278          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
279          * needs to be included in a minidump.
280          *
281          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
282          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
283          *
284          * However, i386 still needs this workspace internally within the
285          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
286          * included should the sf_buf code decide to use them.
287          */
288         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE;
289         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
290         new_end -= vm_page_dump_size;
291         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
292             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
293         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
294 #endif
295         /*
296          * Compute the number of pages of memory that will be available for
297          * use (taking into account the overhead of a page structure per
298          * page).
299          */
300         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
301 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
302         page_range = 0;
303         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
304                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
305 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
306         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
307 #else
308 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
309 #endif
310         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
311             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
312         end = new_end;
313
314         /*
315          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
316          */
317         vaddr += PAGE_SIZE;
318
319         /*
320          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
321          * queue.
322          */
323         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
324         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
325             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
326         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
327 #ifdef __amd64__
328         /*
329          * pmap_map on amd64 comes out of the direct-map, not kvm like i386,
330          * so the pages must be tracked for a crashdump to include this data.
331          * This includes the vm_page_array and the early UMA bootstrap pages.
332          */
333         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
334                 dump_add_page(pa);
335 #endif  
336         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
337
338         /*
339          * Clear all of the page structures
340          */
341         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
342         vm_page_array_size = page_range;
343
344         /*
345          * This assertion tests the hypothesis that npages and total are
346          * redundant.  XXX
347          */
348         page_range = 0;
349         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
350                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
351         KASSERT(page_range == npages,
352             ("vm_page_startup: inconsistent page counts"));
353
354         /*
355          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
356          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
357          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
358          * the exhaustion of low physical memory before isa_dma_init has run.
359          */
360         VMCNT_SET(page_count, 0);
361         VMCNT_SET(free_count, 0);
362         list = getenv("vm.blacklist");
363         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
364                 pa = phys_avail[i];
365                 last_pa = phys_avail[i + 1];
366                 while (pa < last_pa) {
367                         if (list != NULL &&
368                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
369                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
370                                     (uintmax_t)pa);
371                         else
372                                 vm_pageq_add_new_page(pa);
373                         pa += PAGE_SIZE;
374                 }
375         }
376         freeenv(list);
377         return (vaddr);
378 }
379
380 void
381 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned short bits)
382 {
383
384         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
385         m->flags |= bits;
386
387
388 void
389 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned short bits)
390 {
391
392         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
393         m->flags &= ~bits;
394 }
395
396 void
397 vm_page_busy(vm_page_t m)
398 {
399
400         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
401         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
402             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
403         m->oflags |= VPO_BUSY;
404 }
405
406 /*
407  *      vm_page_flash:
408  *
409  *      wakeup anyone waiting for the page.
410  */
411 void
412 vm_page_flash(vm_page_t m)
413 {
414
415         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
416         if (m->oflags & VPO_WANTED) {
417                 m->oflags &= ~VPO_WANTED;
418                 wakeup(m);
419         }
420 }
421
422 /*
423  *      vm_page_wakeup:
424  *
425  *      clear the VPO_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
426  *      page.
427  *
428  */
429 void
430 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
431 {
432
433         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
434         KASSERT(m->oflags & VPO_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
435         m->oflags &= ~VPO_BUSY;
436         vm_page_flash(m);
437 }
438
439 void
440 vm_page_io_start(vm_page_t m)
441 {
442
443         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
444         m->busy++;
445 }
446
447 void
448 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
449 {
450
451         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
452         m->busy--;
453         if (m->busy == 0)
454                 vm_page_flash(m);
455 }
456
457 /*
458  * Keep page from being freed by the page daemon
459  * much of the same effect as wiring, except much lower
460  * overhead and should be used only for *very* temporary
461  * holding ("wiring").
462  */
463 void
464 vm_page_hold(vm_page_t mem)
465 {
466
467         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
468         mem->hold_count++;
469 }
470
471 void
472 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
473 {
474
475         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
476         --mem->hold_count;
477         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
478         if (mem->hold_count == 0 && VM_PAGE_INQUEUE2(mem, PQ_HOLD))
479                 vm_page_free_toq(mem);
480 }
481
482 /*
483  *      vm_page_free:
484  *
485  *      Free a page.
486  */
487 void
488 vm_page_free(vm_page_t m)
489 {
490
491         m->flags &= ~PG_ZERO;
492         vm_page_free_toq(m);
493 }
494
495 /*
496  *      vm_page_free_zero:
497  *
498  *      Free a page to the zerod-pages queue
499  */
500 void
501 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
502 {
503
504         m->flags |= PG_ZERO;
505         vm_page_free_toq(m);
506 }
507
508 /*
509  *      vm_page_sleep:
510  *
511  *      Sleep and release the page queues lock.
512  *
513  *      The object containing the given page must be locked.
514  */
515 void
516 vm_page_sleep(vm_page_t m, const char *msg)
517 {
518
519         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
520         if (!mtx_owned(&vm_page_queue_mtx))
521                 vm_page_lock_queues();
522         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
523         vm_page_unlock_queues();
524
525         /*
526          * It's possible that while we sleep, the page will get
527          * unbusied and freed.  If we are holding the object
528          * lock, we will assume we hold a reference to the object
529          * such that even if m->object changes, we can re-lock
530          * it.
531          */
532         m->oflags |= VPO_WANTED;
533         msleep(m, VM_OBJECT_MTX(m->object), PVM, msg, 0);
534 }
535
536 /*
537  *      vm_page_dirty:
538  *
539  *      make page all dirty
540  */
541 void
542 vm_page_dirty(vm_page_t m)
543 {
544         KASSERT(VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE1(m) != PQ_CACHE,
545             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
546         KASSERT(VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE1(m) != PQ_FREE,
547             ("vm_page_dirty: page is free!"));
548         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
549 }
550
551 /*
552  *      vm_page_splay:
553  *
554  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
555  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
556  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
557  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
558  */
559 vm_page_t
560 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
561 {
562         struct vm_page dummy;
563         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
564
565         if (root == NULL)
566                 return (root);
567         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
568         for (;; root = y) {
569                 if (pindex < root->pindex) {
570                         if ((y = root->left) == NULL)
571                                 break;
572                         if (pindex < y->pindex) {
573                                 /* Rotate right. */
574                                 root->left = y->right;
575                                 y->right = root;
576                                 root = y;
577                                 if ((y = root->left) == NULL)
578                                         break;
579                         }
580                         /* Link into the new root's right tree. */
581                         righttreemin->left = root;
582                         righttreemin = root;
583                 } else if (pindex > root->pindex) {
584                         if ((y = root->right) == NULL)
585                                 break;
586                         if (pindex > y->pindex) {
587                                 /* Rotate left. */
588                                 root->right = y->left;
589                                 y->left = root;
590                                 root = y;
591                                 if ((y = root->right) == NULL)
592                                         break;
593                         }
594                         /* Link into the new root's left tree. */
595                         lefttreemax->right = root;
596                         lefttreemax = root;
597                 } else
598                         break;
599         }
600         /* Assemble the new root. */
601         lefttreemax->right = root->left;
602         righttreemin->left = root->right;
603         root->left = dummy.right;
604         root->right = dummy.left;
605         return (root);
606 }
607
608 /*
609  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
610  *
611  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
612  *
613  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
614  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
615  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
616  *      here so we *can't* do this anyway.
617  *
618  *      The object and page must be locked.
619  *      This routine may not block.
620  */
621 void
622 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
623 {
624         vm_page_t root;
625
626         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
627         if (m->object != NULL)
628                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
629
630         /*
631          * Record the object/offset pair in this page
632          */
633         m->object = object;
634         m->pindex = pindex;
635
636         /*
637          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
638          */
639         root = object->root;
640         if (root == NULL) {
641                 m->left = NULL;
642                 m->right = NULL;
643                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
644         } else {
645                 root = vm_page_splay(pindex, root);
646                 if (pindex < root->pindex) {
647                         m->left = root->left;
648                         m->right = root;
649                         root->left = NULL;
650                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
651                 } else if (pindex == root->pindex)
652                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
653                 else {
654                         m->right = root->right;
655                         m->left = root;
656                         root->right = NULL;
657                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
658                 }
659         }
660         object->root = m;
661         object->generation++;
662
663         /*
664          * show that the object has one more resident page.
665          */
666         object->resident_page_count++;
667         /*
668          * Hold the vnode until the last page is released.
669          */
670         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
671                 vhold((struct vnode *)object->handle);
672
673         /*
674          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
675          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
676          */
677         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
678                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
679 }
680
681 /*
682  *      vm_page_remove:
683  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
684  *
685  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
686  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
687  *      the backing store.
688  *
689  *      The object and page must be locked.
690  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
691  *      This routine may not block.
692  */
693 void
694 vm_page_remove(vm_page_t m)
695 {
696         vm_object_t object;
697         vm_page_t root;
698
699         if ((object = m->object) == NULL)
700                 return;
701         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
702         if (m->oflags & VPO_BUSY) {
703                 m->oflags &= ~VPO_BUSY;
704                 vm_page_flash(m);
705         }
706         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
707
708         /*
709          * Now remove from the object's list of backed pages.
710          */
711         if (m != object->root)
712                 vm_page_splay(m->pindex, object->root);
713         if (m->left == NULL)
714                 root = m->right;
715         else {
716                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
717                 root->right = m->right;
718         }
719         object->root = root;
720         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
721
722         /*
723          * And show that the object has one fewer resident page.
724          */
725         object->resident_page_count--;
726         object->generation++;
727         /*
728          * The vnode may now be recycled.
729          */
730         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
731                 vdrop((struct vnode *)object->handle);
732
733         m->object = NULL;
734 }
735
736 /*
737  *      vm_page_lookup:
738  *
739  *      Returns the page associated with the object/offset
740  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
741  *
742  *      The object must be locked.
743  *      This routine may not block.
744  *      This is a critical path routine
745  */
746 vm_page_t
747 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
748 {
749         vm_page_t m;
750
751         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
752         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
753                 m = vm_page_splay(pindex, m);
754                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
755                         m = NULL;
756         }
757         return (m);
758 }
759
760 /*
761  *      vm_page_rename:
762  *
763  *      Move the given memory entry from its
764  *      current object to the specified target object/offset.
765  *
766  *      The object must be locked.
767  *      This routine may not block.
768  *
769  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
770  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
771  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
772  *            moving the page from object A to B, and will then later move
773  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
774  *
775  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
776  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
777  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
778  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
779  *            on the cache.
780  */
781 void
782 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
783 {
784
785         vm_page_remove(m);
786         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
787         if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
788                 vm_page_deactivate(m);
789         vm_page_dirty(m);
790 }
791
792 /*
793  *      vm_page_select_cache:
794  *
795  *      Move a page of the given color from the cache queue to the free
796  *      queue.  As pages might be found, but are not applicable, they are
797  *      deactivated.
798  *
799  *      This routine may not block.
800  */
801 vm_page_t
802 vm_page_select_cache(int color)
803 {
804         vm_object_t object;
805         vm_page_t m;
806         boolean_t was_trylocked;
807
808         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
809         while ((m = vm_pageq_find(PQ_CACHE, color, FALSE)) != NULL) {
810                 KASSERT(m->dirty == 0, ("Found dirty cache page %p", m));
811                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
812                     ("Found mapped cache page %p", m));
813                 KASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0,
814                     ("Found unmanaged cache page %p", m));
815                 KASSERT(m->wire_count == 0, ("Found wired cache page %p", m));
816                 if (m->hold_count == 0 && (object = m->object,
817                     (was_trylocked = VM_OBJECT_TRYLOCK(object)) ||
818                     VM_OBJECT_LOCKED(object))) {
819                         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 && m->busy == 0,
820                             ("Found busy cache page %p", m));
821                         vm_page_free(m);
822                         if (was_trylocked)
823                                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
824                         break;
825                 }
826                 vm_page_deactivate(m);
827         }
828         return (m);
829 }
830
831 /*
832  *      vm_page_alloc:
833  *
834  *      Allocate and return a memory cell associated
835  *      with this VM object/offset pair.
836  *
837  *      page_req classes:
838  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
839  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
840  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
841  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
842  *
843  *      This routine may not block.
844  *
845  *      Additional special handling is required when called from an
846  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
847  *      the page cache in this case.
848  */
849 vm_page_t
850 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
851 {
852         vm_page_t m = NULL;
853         int color, flags, page_req;
854
855         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
856         KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0 ||
857             page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT,
858             ("vm_page_alloc(NORMAL|SYSTEM) in interrupt context"));
859
860         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
861                 KASSERT(object != NULL,
862                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
863                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
864                 color = (pindex + object->pg_color) & PQ_COLORMASK;
865         } else
866                 color = pindex & PQ_COLORMASK;
867
868         /*
869          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
870          */
871         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
872                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
873         };
874
875 loop:
876         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
877         if (VMCNT_GET(free_count) > VMCNT_GET(free_reserved) ||
878             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
879              VMCNT_GET(cache_count) == 0 && 
880              VMCNT_GET(free_count) > VMCNT_GET(interrupt_free_min)) ||
881             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && VMCNT_GET(free_count) > 0)) {
882                 /*
883                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
884                  * exceeds the minimum for the request class.
885                  */
886                 m = vm_pageq_find(PQ_FREE, color, (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
887         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
888                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
889                 /*
890                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
891                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
892                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
893                  */
894                 vm_page_lock_queues();
895                 if ((m = vm_page_select_cache(color)) == NULL) {
896                         KASSERT(VMCNT_GET(cache_count) == 0,
897                             ("vm_page_alloc: cache queue is missing %d pages",
898                             VMCNT_GET(cache_count)));
899                         vm_page_unlock_queues();
900                         atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
901                         pagedaemon_wakeup();
902
903                         if (page_req != VM_ALLOC_SYSTEM) 
904                                 return (NULL);
905
906                         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
907                         if (VMCNT_GET(free_count) <=
908                             VMCNT_GET(interrupt_free_min)) {
909                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
910                                 return (NULL);
911                         }
912                         m = vm_pageq_find(PQ_FREE, color, (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
913                 } else {
914                         vm_page_unlock_queues();
915                         goto loop;
916                 }
917         } else {
918                 /*
919                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
920                  */
921                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
922                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
923                 pagedaemon_wakeup();
924                 return (NULL);
925         }
926
927         /*
928          *  At this point we had better have found a good page.
929          */
930
931         KASSERT(
932             m != NULL,
933             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue")
934         );
935
936         /*
937          * Remove from free queue
938          */
939         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
940
941         /*
942          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
943          */
944         flags = 0;
945         if (m->flags & PG_ZERO) {
946                 vm_page_zero_count--;
947                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
948                         flags = PG_ZERO;
949         }
950         if (object != NULL && object->type == OBJT_PHYS)
951                 flags |= PG_UNMANAGED;
952         m->flags = flags;
953         if (req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ))
954                 m->oflags = 0;
955         else
956                 m->oflags = VPO_BUSY;
957         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
958                 VMCNT_ADD(wire_count, 1);
959                 m->wire_count = 1;
960         } else
961                 m->wire_count = 0;
962         m->hold_count = 0;
963         m->act_count = 0;
964         m->busy = 0;
965         m->valid = 0;
966         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
967         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
968
969         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0)
970                 vm_page_insert(m, object, pindex);
971         else
972                 m->pindex = pindex;
973
974         /*
975          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
976          * we would be nearly out of memory.
977          */
978         if (vm_paging_needed())
979                 pagedaemon_wakeup();
980
981         return (m);
982 }
983
984 /*
985  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
986  *
987  *      Block until free pages are available for allocation
988  *      - Called in various places before memory allocations.
989  */
990 void
991 vm_wait(void)
992 {
993
994         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
995         if (curproc == pageproc) {
996                 vm_pageout_pages_needed = 1;
997                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
998                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
999         } else {
1000                 if (!vm_pages_needed) {
1001                         vm_pages_needed = 1;
1002                         wakeup(&vm_pages_needed);
1003                 }
1004                 msleep(VMCNT_PTR(free_count), &vm_page_queue_free_mtx, PDROP |
1005                     PVM, "vmwait", 0);
1006         }
1007 }
1008
1009 /*
1010  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1011  *
1012  *      Block until free pages are available for allocation
1013  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1014  *        can be easily tracked.
1015  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1016  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1017  *        this balance without careful testing first.
1018  */
1019 void
1020 vm_waitpfault(void)
1021 {
1022
1023         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1024         if (!vm_pages_needed) {
1025                 vm_pages_needed = 1;
1026                 wakeup(&vm_pages_needed);
1027         }
1028         msleep(VMCNT_PTR(free_count), &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
1029             "pfault", 0);
1030 }
1031
1032 /*
1033  *      vm_page_activate:
1034  *
1035  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1036  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1037  *      mess with it.
1038  *
1039  *      The page queues must be locked.
1040  *      This routine may not block.
1041  */
1042 void
1043 vm_page_activate(vm_page_t m)
1044 {
1045
1046         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1047         if (VM_PAGE_GETKNOWNQUEUE2(m) != PQ_ACTIVE) {
1048                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1049                         VMCNT_ADD(reactivated, 1);
1050                 vm_pageq_remove(m);
1051                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1052                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1053                                 m->act_count = ACT_INIT;
1054                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1055                 }
1056         } else {
1057                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1058                         m->act_count = ACT_INIT;
1059         }
1060 }
1061
1062 /*
1063  *      vm_page_free_wakeup:
1064  *
1065  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1066  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1067  *      queues.
1068  *
1069  *      The page queues must be locked.
1070  *      This routine may not block.
1071  */
1072 static inline void
1073 vm_page_free_wakeup(void)
1074 {
1075
1076         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1077         /*
1078          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1079          * some free.
1080          */
1081         if (vm_pageout_pages_needed &&
1082             VMCNT_GET(cache_count) + VMCNT_GET(free_count) >=
1083             VMCNT_GET(pageout_free_min)) {
1084                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1085                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1086         }
1087         /*
1088          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1089          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1090          * lots of memory. this process will swapin processes.
1091          */
1092         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1093                 vm_pages_needed = 0;
1094                 wakeup(VMCNT_PTR(free_count));
1095         }
1096 }
1097
1098 /*
1099  *      vm_page_free_toq:
1100  *
1101  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
1102  *      disassociating it with any VM object.
1103  *
1104  *      Object and page must be locked prior to entry.
1105  *      This routine may not block.
1106  */
1107
1108 void
1109 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1110 {
1111         struct vpgqueues *pq;
1112
1113         if (VM_PAGE_GETQUEUE(m) != PQ_NONE)
1114                 mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1115         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
1116             ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
1117         VMCNT_ADD(tfree, 1);
1118
1119         if (m->busy || VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_FREE)) {
1120                 printf(
1121                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), VPO_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1122                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->oflags & VPO_BUSY) ? 1 : 0,
1123                     m->hold_count);
1124                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_FREE))
1125                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1126                 else
1127                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1128         }
1129
1130         /*
1131          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1132          * the page here because we do not want to call the pager's
1133          * callback routine until after we've put the page on the
1134          * appropriate free queue.
1135          */
1136         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1137         vm_page_remove(m);
1138
1139         /*
1140          * If fictitious remove object association and
1141          * return, otherwise delay object association removal.
1142          */
1143         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1144                 return;
1145         }
1146
1147         m->valid = 0;
1148         vm_page_undirty(m);
1149
1150         if (m->wire_count != 0) {
1151                 if (m->wire_count > 1) {
1152                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1153                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1154                 }
1155                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1156         }
1157         if (m->hold_count != 0) {
1158                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1159                 vm_pageq_enqueue(PQ_HOLD, m);
1160                 return;
1161         }
1162         VM_PAGE_SETQUEUE1(m, PQ_FREE);
1163         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1164         pq = &vm_page_queues[VM_PAGE_GETQUEUE(m)];
1165         pq->lcnt++;
1166         ++(*pq->cnt);
1167
1168         /*
1169          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1170          * first ) and non-zerod pages at the head.
1171          */
1172         if (m->flags & PG_ZERO) {
1173                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1174                 ++vm_page_zero_count;
1175         } else {
1176                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1177                 vm_page_zero_idle_wakeup();
1178         }
1179         vm_page_free_wakeup();
1180         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1181 }
1182
1183 /*
1184  *      vm_page_wire:
1185  *
1186  *      Mark this page as wired down by yet
1187  *      another map, removing it from paging queues
1188  *      as necessary.
1189  *
1190  *      The page queues must be locked.
1191  *      This routine may not block.
1192  */
1193 void
1194 vm_page_wire(vm_page_t m)
1195 {
1196
1197         /*
1198          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1199          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1200          * it is already off the queues).
1201          */
1202         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1203         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1204                 return;
1205         if (m->wire_count == 0) {
1206                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1207                         vm_pageq_remove(m);
1208                 VMCNT_ADD(wire_count, 1);
1209         }
1210         m->wire_count++;
1211         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1212 }
1213
1214 /*
1215  *      vm_page_unwire:
1216  *
1217  *      Release one wiring of this page, potentially
1218  *      enabling it to be paged again.
1219  *
1220  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1221  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1222  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1223  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1224  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1225  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1226  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1227  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1228  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1229  *      reused more quickly.
1230  *
1231  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1232  *      put clean pages on the cache queue.
1233  *
1234  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1235  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1236  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1237  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1238  *
1239  *      The page queues must be locked.
1240  *      This routine may not block.
1241  */
1242 void
1243 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1244 {
1245
1246         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1247         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1248                 return;
1249         if (m->wire_count > 0) {
1250                 m->wire_count--;
1251                 if (m->wire_count == 0) {
1252                         VMCNT_DEC(wire_count, 1);
1253                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1254                                 ;
1255                         } else if (activate)
1256                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1257                         else {
1258                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1259                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1260                         }
1261                 }
1262         } else {
1263                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1264         }
1265 }
1266
1267
1268 /*
1269  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1270  * any associated swap, the swap is deallocated.
1271  *
1272  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1273  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1274  * except without unmapping it from the process address space.
1275  *
1276  * This routine may not block.
1277  */
1278 static inline void
1279 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1280 {
1281
1282         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1283
1284         /*
1285          * Ignore if already inactive.
1286          */
1287         if (VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE))
1288                 return;
1289         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1290                 if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1291                         VMCNT_ADD(reactivated, 1);
1292                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1293                 vm_pageq_remove(m);
1294                 if (athead)
1295                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1296                 else
1297                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1298                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_INACTIVE);
1299                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1300                 VMCNT_ADD(inactive_count, 1);
1301         }
1302 }
1303
1304 void
1305 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1306 {
1307     _vm_page_deactivate(m, 0);
1308 }
1309
1310 /*
1311  * vm_page_try_to_cache:
1312  *
1313  * Returns 0 on failure, 1 on success
1314  */
1315 int
1316 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1317 {
1318
1319         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1320         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1321         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1322             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1323                 return (0);
1324         }
1325         pmap_remove_all(m);
1326         if (m->dirty)
1327                 return (0);
1328         vm_page_cache(m);
1329         return (1);
1330 }
1331
1332 /*
1333  * vm_page_try_to_free()
1334  *
1335  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1336  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1337  */
1338 int
1339 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1340 {
1341
1342         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1343         if (m->object != NULL)
1344                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1345         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1346             (m->oflags & VPO_BUSY) || (m->flags & PG_UNMANAGED)) {
1347                 return (0);
1348         }
1349         pmap_remove_all(m);
1350         if (m->dirty)
1351                 return (0);
1352         vm_page_free(m);
1353         return (1);
1354 }
1355
1356 /*
1357  * vm_page_cache
1358  *
1359  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1360  *
1361  * This routine may not block.
1362  */
1363 void
1364 vm_page_cache(vm_page_t m)
1365 {
1366
1367         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1368         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1369         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) || (m->oflags & VPO_BUSY) || m->busy ||
1370             m->hold_count || m->wire_count) {
1371                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1372                 return;
1373         }
1374         if (VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE))
1375                 return;
1376
1377         /*
1378          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1379          * writeable or mapped.
1380          */
1381         pmap_remove_all(m);
1382         if (m->dirty != 0) {
1383                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1384                         (long)m->pindex);
1385         }
1386         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1387         vm_pageq_enqueue(PQ_CACHE + m->pc, m);
1388         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1389         vm_page_free_wakeup();
1390         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1391 }
1392
1393 /*
1394  * vm_page_dontneed
1395  *
1396  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1397  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1398  *
1399  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1400  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1401  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1402  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1403  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1404  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1405  *
1406  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1407  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1408  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1409  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1410  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1411  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1412  *      often.
1413  */
1414 void
1415 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1416 {
1417         static int dnweight;
1418         int dnw;
1419         int head;
1420
1421         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1422         dnw = ++dnweight;
1423
1424         /*
1425          * occassionally leave the page alone
1426          */
1427         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1428             VM_PAGE_INQUEUE2(m, PQ_INACTIVE) || 
1429             VM_PAGE_INQUEUE1(m, PQ_CACHE)
1430         ) {
1431                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1432                         --m->act_count;
1433                 return;
1434         }
1435
1436         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
1437                 vm_page_dirty(m);
1438
1439         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1440                 /*
1441                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1442                  */
1443                 head = 0;
1444         } else {
1445                 /*
1446                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1447                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1448                  * at the head of the queue instead of the tail.
1449                  */
1450                 head = 1;
1451         }
1452         _vm_page_deactivate(m, head);
1453 }
1454
1455 /*
1456  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1457  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1458  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
1459  * and then conditionally zero it.
1460  *
1461  * This routine may block.
1462  */
1463 vm_page_t
1464 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1465 {
1466         vm_page_t m;
1467
1468         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1469 retrylookup:
1470         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1471                 if (vm_page_sleep_if_busy(m, TRUE, "pgrbwt")) {
1472                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1473                                 return (NULL);
1474                         goto retrylookup;
1475                 } else {
1476                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1477                                 vm_page_lock_queues();
1478                                 vm_page_wire(m);
1479                                 vm_page_unlock_queues();
1480                         }
1481                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
1482                                 vm_page_busy(m);
1483                         return (m);
1484                 }
1485         }
1486         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1487         if (m == NULL) {
1488                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1489                 VM_WAIT;
1490                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1491                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1492                         return (NULL);
1493                 goto retrylookup;
1494         }
1495         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
1496                 pmap_zero_page(m);
1497         return (m);
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1502  * a page.  May not block.
1503  *
1504  * Inputs are required to range within a page.
1505  */
1506 inline int
1507 vm_page_bits(int base, int size)
1508 {
1509         int first_bit;
1510         int last_bit;
1511
1512         KASSERT(
1513             base + size <= PAGE_SIZE,
1514             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1515         );
1516
1517         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1518                 return (0);
1519
1520         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1521         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1522
1523         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1524 }
1525
1526 /*
1527  *      vm_page_set_validclean:
1528  *
1529  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1530  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1531  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1532  *      such chunks will be zero'd.
1533  *
1534  *      This routine may not block.
1535  *
1536  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1537  */
1538 void
1539 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1540 {
1541         int pagebits;
1542         int frag;
1543         int endoff;
1544
1545         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1546         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1547         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1548                 return;
1549
1550         /*
1551          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1552          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1553          * first block.
1554          */
1555         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1556             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1557                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1558
1559         /*
1560          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1561          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1562          * the last block.
1563          */
1564         endoff = base + size;
1565         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1566             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1567                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1568                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1569
1570         /*
1571          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1572          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1573          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
1574          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1575          * be set again.
1576          *
1577          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1578          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1579          * the range.
1580          */
1581         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1582         m->valid |= pagebits;
1583 #if 0   /* NOT YET */
1584         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1585                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1586                 base += frag;
1587                 size -= frag;
1588                 if (size < 0)
1589                         size = 0;
1590         }
1591         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1592 #endif
1593         m->dirty &= ~pagebits;
1594         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1595                 pmap_clear_modify(m);
1596                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
1597         }
1598 }
1599
1600 void
1601 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1602 {
1603
1604         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1605         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1606 }
1607
1608 /*
1609  *      vm_page_set_invalid:
1610  *
1611  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1612  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1613  *
1614  *      May not block.
1615  */
1616 void
1617 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1618 {
1619         int bits;
1620
1621         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1622         bits = vm_page_bits(base, size);
1623         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1624         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
1625                 pmap_remove_all(m);
1626         m->valid &= ~bits;
1627         m->dirty &= ~bits;
1628         m->object->generation++;
1629 }
1630
1631 /*
1632  * vm_page_zero_invalid()
1633  *
1634  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1635  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1636  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1637  *      page so user code sees what it expects.
1638  *
1639  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1640  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1641  */
1642 void
1643 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1644 {
1645         int b;
1646         int i;
1647
1648         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1649         /*
1650          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1651          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1652          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1653          * vm_page_set_validclean().
1654          */
1655         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1656                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1657                     (m->valid & (1 << i))
1658                 ) {
1659                         if (i > b) {
1660                                 pmap_zero_page_area(m, 
1661                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1662                         }
1663                         b = i + 1;
1664                 }
1665         }
1666
1667         /*
1668          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1669          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1670          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1671          */
1672         if (setvalid)
1673                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1674 }
1675
1676 /*
1677  *      vm_page_is_valid:
1678  *
1679  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1680  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1681  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1682  *
1683  *      May not block.
1684  */
1685 int
1686 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1687 {
1688         int bits = vm_page_bits(base, size);
1689
1690         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1691         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1692                 return 1;
1693         else
1694                 return 0;
1695 }
1696
1697 /*
1698  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1699  */
1700 void
1701 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1702 {
1703         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1704                 vm_page_dirty(m);
1705         }
1706 }
1707
1708 int so_zerocp_fullpage = 0;
1709
1710 void
1711 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1712 {
1713         vm_page_t mnew;
1714         vm_object_t object;
1715         vm_pindex_t pindex;
1716
1717         object = m->object;
1718         pindex = m->pindex;
1719
1720  retry_alloc:
1721         pmap_remove_all(m);
1722         vm_page_remove(m);
1723         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY);
1724         if (mnew == NULL) {
1725                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1726                 vm_page_unlock_queues();
1727                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1728                 VM_WAIT;
1729                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1730                 vm_page_lock_queues();
1731                 goto retry_alloc;
1732         }
1733
1734         if (m->cow == 0) {
1735                 /* 
1736                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1737                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1738                  * the way they were 
1739                  */
1740                 vm_page_free(mnew);
1741                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1742         } else { /* clear COW & copy page */
1743                 if (!so_zerocp_fullpage)
1744                         pmap_copy_page(m, mnew);
1745                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1746                 vm_page_dirty(mnew);
1747                 mnew->wire_count = m->wire_count - m->cow;
1748                 m->wire_count = m->cow;
1749         }
1750 }
1751
1752 void 
1753 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1754 {
1755
1756         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1757         if (m->cow) {
1758                 m->cow--;
1759                 /* 
1760                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1761                  */
1762         } 
1763         /*
1764          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1765          */ 
1766 }
1767
1768 void
1769 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
1770 {
1771
1772         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1773         m->cow++;
1774         pmap_remove_write(m);
1775 }
1776
1777 #include "opt_ddb.h"
1778 #ifdef DDB
1779 #include <sys/kernel.h>
1780
1781 #include <ddb/ddb.h>
1782
1783 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1784 {
1785         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", VMCNT_GET(free_count));
1786         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", VMCNT_GET(cache_count));
1787         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", VMCNT_GET(inactive_count));
1788         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", VMCNT_GET(active_count));
1789         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", VMCNT_GET(wire_count));
1790         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", VMCNT_GET(free_reserved));
1791         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", VMCNT_GET(free_min));
1792         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", VMCNT_GET(free_target));
1793         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", VMCNT_GET(cache_min));
1794         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", VMCNT_GET(inactive_target));
1795 }
1796
1797 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1798 {
1799         int i;
1800         db_printf("PQ_FREE:");
1801         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; i++) {
1802                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1803         }
1804         db_printf("\n");
1805                 
1806         db_printf("PQ_CACHE:");
1807         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; i++) {
1808                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1809         }
1810         db_printf("\n");
1811
1812         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1813                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1814                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1815 }
1816 #endif /* DDB */