]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.c
Assert that the containing vm object is locked in vm_page_cache() and
[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/malloc.h>
106 #include <sys/mutex.h>
107 #include <sys/proc.h>
108 #include <sys/vmmeter.h>
109 #include <sys/vnode.h>
110
111 #include <vm/vm.h>
112 #include <vm/vm_param.h>
113 #include <vm/vm_kern.h>
114 #include <vm/vm_object.h>
115 #include <vm/vm_page.h>
116 #include <vm/vm_pageout.h>
117 #include <vm/vm_pager.h>
118 #include <vm/vm_extern.h>
119 #include <vm/uma.h>
120 #include <vm/uma_int.h>
121
122 /*
123  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
124  *      page structure.
125  */
126
127 struct mtx vm_page_queue_mtx;
128 struct mtx vm_page_queue_free_mtx;
129
130 vm_page_t vm_page_array = 0;
131 int vm_page_array_size = 0;
132 long first_page = 0;
133 int vm_page_zero_count = 0;
134
135 /*
136  *      vm_set_page_size:
137  *
138  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
139  *      size.  Must be called before any use of page-size
140  *      dependent functions.
141  */
142 void
143 vm_set_page_size(void)
144 {
145         if (cnt.v_page_size == 0)
146                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
147         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
148                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
149 }
150
151 /*
152  *      vm_page_startup:
153  *
154  *      Initializes the resident memory module.
155  *
156  *      Allocates memory for the page cells, and
157  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
158  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
159  */
160 vm_offset_t
161 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
162 {
163         vm_offset_t mapped;
164         vm_size_t npages;
165         vm_paddr_t page_range;
166         vm_paddr_t new_end;
167         int i;
168         vm_paddr_t pa;
169         int nblocks;
170         vm_paddr_t last_pa;
171
172         /* the biggest memory array is the second group of pages */
173         vm_paddr_t end;
174         vm_paddr_t biggestsize;
175         int biggestone;
176
177         vm_paddr_t total;
178         vm_size_t bootpages;
179
180         total = 0;
181         biggestsize = 0;
182         biggestone = 0;
183         nblocks = 0;
184         vaddr = round_page(vaddr);
185
186         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
187                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
188                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
189         }
190
191         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
192                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
193
194                 if (size > biggestsize) {
195                         biggestone = i;
196                         biggestsize = size;
197                 }
198                 ++nblocks;
199                 total += size;
200         }
201
202         end = phys_avail[biggestone+1];
203
204         /*
205          * Initialize the locks.
206          */
207         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue mutex", NULL, MTX_DEF |
208             MTX_RECURSE);
209         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page queue free mutex", NULL,
210             MTX_SPIN);
211
212         /*
213          * Initialize the queue headers for the free queue, the active queue
214          * and the inactive queue.
215          */
216         vm_pageq_init();
217
218         /*
219          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
220          * allocator.
221          */
222         bootpages = UMA_BOOT_PAGES * UMA_SLAB_SIZE;
223         new_end = end - bootpages;
224         new_end = trunc_page(new_end);
225         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
226             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
227         bzero((caddr_t) mapped, end - new_end);
228         uma_startup((caddr_t)mapped);
229
230         /*
231          * Compute the number of pages of memory that will be available for
232          * use (taking into account the overhead of a page structure per
233          * page).
234          */
235         first_page = phys_avail[0] / PAGE_SIZE;
236         page_range = phys_avail[(nblocks - 1) * 2 + 1] / PAGE_SIZE - first_page;
237         npages = (total - (page_range * sizeof(struct vm_page)) -
238             (end - new_end)) / PAGE_SIZE;
239         end = new_end;
240
241         /*
242          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
243          */
244         vaddr += PAGE_SIZE;
245
246         /*
247          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
248          * queue.
249          */
250         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
251         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
252             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
253         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
254         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
255
256         /*
257          * Clear all of the page structures
258          */
259         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
260         vm_page_array_size = page_range;
261
262         /*
263          * Construct the free queue(s) in descending order (by physical
264          * address) so that the first 16MB of physical memory is allocated
265          * last rather than first.  On large-memory machines, this avoids
266          * the exhaustion of low physical memory before isa_dma_init has run.
267          */
268         cnt.v_page_count = 0;
269         cnt.v_free_count = 0;
270         for (i = 0; phys_avail[i + 1] && npages > 0; i += 2) {
271                 pa = phys_avail[i];
272                 last_pa = phys_avail[i + 1];
273                 while (pa < last_pa && npages-- > 0) {
274                         vm_pageq_add_new_page(pa);
275                         pa += PAGE_SIZE;
276                 }
277         }
278         return (vaddr);
279 }
280
281 void
282 vm_page_flag_set(vm_page_t m, unsigned short bits)
283 {
284
285         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
286         m->flags |= bits;
287
288
289 void
290 vm_page_flag_clear(vm_page_t m, unsigned short bits)
291 {
292
293         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
294         m->flags &= ~bits;
295 }
296
297 void
298 vm_page_busy(vm_page_t m)
299 {
300
301         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
302         KASSERT((m->flags & PG_BUSY) == 0,
303             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
304         vm_page_flag_set(m, PG_BUSY);
305 }
306
307 /*
308  *      vm_page_flash:
309  *
310  *      wakeup anyone waiting for the page.
311  */
312 void
313 vm_page_flash(vm_page_t m)
314 {
315
316         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
317         if (m->flags & PG_WANTED) {
318                 vm_page_flag_clear(m, PG_WANTED);
319                 wakeup(m);
320         }
321 }
322
323 /*
324  *      vm_page_wakeup:
325  *
326  *      clear the PG_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
327  *      page.
328  *
329  */
330 void
331 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
332 {
333
334         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
335         KASSERT(m->flags & PG_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
336         vm_page_flag_clear(m, PG_BUSY);
337         vm_page_flash(m);
338 }
339
340 void
341 vm_page_io_start(vm_page_t m)
342 {
343
344         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
345         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
346         m->busy++;
347 }
348
349 void
350 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
351 {
352
353         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
354         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
355         m->busy--;
356         if (m->busy == 0)
357                 vm_page_flash(m);
358 }
359
360 /*
361  * Keep page from being freed by the page daemon
362  * much of the same effect as wiring, except much lower
363  * overhead and should be used only for *very* temporary
364  * holding ("wiring").
365  */
366 void
367 vm_page_hold(vm_page_t mem)
368 {
369
370         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
371         mem->hold_count++;
372 }
373
374 void
375 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
376 {
377
378         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
379         --mem->hold_count;
380         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
381         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
382                 vm_page_free_toq(mem);
383 }
384
385 /*
386  *      vm_page_free:
387  *
388  *      Free a page
389  *
390  *      The clearing of PG_ZERO is a temporary safety until the code can be
391  *      reviewed to determine that PG_ZERO is being properly cleared on
392  *      write faults or maps.  PG_ZERO was previously cleared in
393  *      vm_page_alloc().
394  */
395 void
396 vm_page_free(vm_page_t m)
397 {
398         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
399         vm_page_free_toq(m);
400         vm_page_zero_idle_wakeup();
401 }
402
403 /*
404  *      vm_page_free_zero:
405  *
406  *      Free a page to the zerod-pages queue
407  */
408 void
409 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
410 {
411         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
412         vm_page_free_toq(m);
413 }
414
415 /*
416  *      vm_page_sleep_if_busy:
417  *
418  *      Sleep and release the page queues lock if PG_BUSY is set or,
419  *      if also_m_busy is TRUE, busy is non-zero.  Returns TRUE if the
420  *      thread slept and the page queues lock was released.
421  *      Otherwise, retains the page queues lock and returns FALSE.
422  */
423 int
424 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, int also_m_busy, const char *msg)
425 {
426         vm_object_t object;
427         int is_object_locked;
428
429         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
430         if ((m->flags & PG_BUSY) || (also_m_busy && m->busy)) {
431                 vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
432                 /*
433                  * It's possible that while we sleep, the page will get
434                  * unbusied and freed.  If we are holding the object
435                  * lock, we will assume we hold a reference to the object
436                  * such that even if m->object changes, we can re-lock
437                  * it.
438                  *
439                  * Remove mtx_owned() after vm_object locking is finished.
440                  */
441                 object = m->object;
442                 if ((is_object_locked = object != NULL &&
443                      mtx_owned(&object->mtx)))
444                         mtx_unlock(&object->mtx);
445                 msleep(m, &vm_page_queue_mtx, PDROP | PVM, msg, 0);
446                 if (is_object_locked)
447                         mtx_lock(&object->mtx);
448                 return (TRUE);
449         }
450         return (FALSE);
451 }
452
453 /*
454  *      vm_page_dirty:
455  *
456  *      make page all dirty
457  */
458 void
459 vm_page_dirty(vm_page_t m)
460 {
461         KASSERT(m->queue - m->pc != PQ_CACHE,
462             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
463         KASSERT(m->queue - m->pc != PQ_FREE,
464             ("vm_page_dirty: page is free!"));
465         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
466 }
467
468 /*
469  *      vm_page_splay:
470  *
471  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
472  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
473  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
474  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
475  */
476 vm_page_t
477 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
478 {
479         struct vm_page dummy;
480         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
481
482         if (root == NULL)
483                 return (root);
484         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
485         for (;; root = y) {
486                 if (pindex < root->pindex) {
487                         if ((y = root->left) == NULL)
488                                 break;
489                         if (pindex < y->pindex) {
490                                 /* Rotate right. */
491                                 root->left = y->right;
492                                 y->right = root;
493                                 root = y;
494                                 if ((y = root->left) == NULL)
495                                         break;
496                         }
497                         /* Link into the new root's right tree. */
498                         righttreemin->left = root;
499                         righttreemin = root;
500                 } else if (pindex > root->pindex) {
501                         if ((y = root->right) == NULL)
502                                 break;
503                         if (pindex > y->pindex) {
504                                 /* Rotate left. */
505                                 root->right = y->left;
506                                 y->left = root;
507                                 root = y;
508                                 if ((y = root->right) == NULL)
509                                         break;
510                         }
511                         /* Link into the new root's left tree. */
512                         lefttreemax->right = root;
513                         lefttreemax = root;
514                 } else
515                         break;
516         }
517         /* Assemble the new root. */
518         lefttreemax->right = root->left;
519         righttreemin->left = root->right;
520         root->left = dummy.right;
521         root->right = dummy.left;
522         return (root);
523 }
524
525 /*
526  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
527  *
528  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
529  *
530  *      The pagetables are not updated but will presumably fault the page
531  *      in if necessary, or if a kernel page the caller will at some point
532  *      enter the page into the kernel's pmap.  We are not allowed to block
533  *      here so we *can't* do this anyway.
534  *
535  *      The object and page must be locked.
536  *      This routine may not block.
537  */
538 void
539 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
540 {
541         vm_page_t root;
542
543         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
544         if (m->object != NULL)
545                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
546
547         /*
548          * Record the object/offset pair in this page
549          */
550         m->object = object;
551         m->pindex = pindex;
552
553         /*
554          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
555          */
556         root = object->root;
557         if (root == NULL) {
558                 m->left = NULL;
559                 m->right = NULL;
560                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
561         } else {
562                 root = vm_page_splay(pindex, root);
563                 if (pindex < root->pindex) {
564                         m->left = root->left;
565                         m->right = root;
566                         root->left = NULL;
567                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
568                 } else if (pindex == root->pindex)
569                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
570                 else {
571                         m->right = root->right;
572                         m->left = root;
573                         root->right = NULL;
574                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
575                 }
576         }
577         object->root = m;
578         object->generation++;
579
580         /*
581          * show that the object has one more resident page.
582          */
583         object->resident_page_count++;
584
585         /*
586          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
587          * update the object's OBJ_WRITEABLE and OBJ_MIGHTBEDIRTY flags.
588          */
589         if (m->flags & PG_WRITEABLE)
590                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
591 }
592
593 /*
594  *      vm_page_remove:
595  *                              NOTE: used by device pager as well -wfj
596  *
597  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
598  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
599  *      the backing store.
600  *
601  *      The object and page must be locked.
602  *      The underlying pmap entry (if any) is NOT removed here.
603  *      This routine may not block.
604  */
605 void
606 vm_page_remove(vm_page_t m)
607 {
608         vm_object_t object;
609         vm_page_t root;
610
611         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
612         if (m->object == NULL)
613                 return;
614         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
615         if ((m->flags & PG_BUSY) == 0) {
616                 panic("vm_page_remove: page not busy");
617         }
618
619         /*
620          * Basically destroy the page.
621          */
622         vm_page_wakeup(m);
623
624         object = m->object;
625
626         /*
627          * Now remove from the object's list of backed pages.
628          */
629         if (m != object->root)
630                 vm_page_splay(m->pindex, object->root);
631         if (m->left == NULL)
632                 root = m->right;
633         else {
634                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
635                 root->right = m->right;
636         }
637         object->root = root;
638         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
639
640         /*
641          * And show that the object has one fewer resident page.
642          */
643         object->resident_page_count--;
644         object->generation++;
645
646         m->object = NULL;
647 }
648
649 /*
650  *      vm_page_lookup:
651  *
652  *      Returns the page associated with the object/offset
653  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
654  *
655  *      The object must be locked.
656  *      This routine may not block.
657  *      This is a critical path routine
658  */
659 vm_page_t
660 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
661 {
662         vm_page_t m;
663
664         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
665         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
666                 m = vm_page_splay(pindex, m);
667                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
668                         m = NULL;
669         }
670         return (m);
671 }
672
673 /*
674  *      vm_page_rename:
675  *
676  *      Move the given memory entry from its
677  *      current object to the specified target object/offset.
678  *
679  *      The object must be locked.
680  *      This routine may not block.
681  *
682  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
683  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
684  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
685  *            moving the page from object A to B, and will then later move
686  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
687  *
688  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
689  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
690  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
691  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
692  *            on the cache.
693  */
694 void
695 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
696 {
697
698         vm_page_remove(m);
699         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
700         if (m->queue - m->pc == PQ_CACHE)
701                 vm_page_deactivate(m);
702         vm_page_dirty(m);
703 }
704
705 /*
706  *      vm_page_select_cache:
707  *
708  *      Find a page on the cache queue with color optimization.  As pages
709  *      might be found, but not applicable, they are deactivated.  This
710  *      keeps us from using potentially busy cached pages.
711  *
712  *      This routine may not block.
713  */
714 vm_page_t
715 vm_page_select_cache(int color)
716 {
717         vm_page_t m;
718
719         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
720         while ((m = vm_pageq_find(PQ_CACHE, color, FALSE)) != NULL) {
721                 if ((m->flags & PG_BUSY) == 0 && m->busy == 0 &&
722                     m->hold_count == 0 && (VM_OBJECT_TRYLOCK(m->object) ||
723                     VM_OBJECT_LOCKED(m->object))) {
724                         KASSERT(m->dirty == 0,
725                             ("Found dirty cache page %p", m));
726                         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
727                             ("Found mapped cache page %p", m));
728                         KASSERT((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0,
729                             ("Found unmanaged cache page %p", m));
730                         KASSERT(m->wire_count == 0,
731                             ("Found wired cache page %p", m));
732                         break;
733                 }
734                 vm_page_deactivate(m);
735         }
736         return (m);
737 }
738
739 /*
740  *      vm_page_alloc:
741  *
742  *      Allocate and return a memory cell associated
743  *      with this VM object/offset pair.
744  *
745  *      page_req classes:
746  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
747  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
748  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
749  *      VM_ALLOC_ZERO           zero page
750  *
751  *      This routine may not block.
752  *
753  *      Additional special handling is required when called from an
754  *      interrupt (VM_ALLOC_INTERRUPT).  We are not allowed to mess with
755  *      the page cache in this case.
756  */
757 vm_page_t
758 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
759 {
760         vm_object_t m_object;
761         vm_page_t m = NULL;
762         int color, flags, page_req;
763
764         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
765
766         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
767                 KASSERT(object != NULL,
768                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
769                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
770                 color = (pindex + object->pg_color) & PQ_L2_MASK;
771         } else
772                 color = pindex & PQ_L2_MASK;
773
774         /*
775          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
776          */
777         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT)) {
778                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
779         };
780
781 loop:
782         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
783         if (cnt.v_free_count > cnt.v_free_reserved ||
784             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
785              cnt.v_cache_count == 0 && 
786              cnt.v_free_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
787             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT && cnt.v_free_count > 0)) {
788                 /*
789                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
790                  * exceeds the minimum for the request class.
791                  */
792                 m = vm_pageq_find(PQ_FREE, color, (req & VM_ALLOC_ZERO) != 0);
793         } else if (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT) {
794                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
795                 /*
796                  * Allocatable from cache (non-interrupt only).  On success,
797                  * we must free the page and try again, thus ensuring that
798                  * cnt.v_*_free_min counters are replenished.
799                  */
800                 vm_page_lock_queues();
801                 if ((m = vm_page_select_cache(color)) == NULL) {
802 #if defined(DIAGNOSTIC)
803                         if (cnt.v_cache_count > 0)
804                                 printf("vm_page_alloc(NORMAL): missing pages on cache queue: %d\n", cnt.v_cache_count);
805 #endif
806                         vm_page_unlock_queues();
807                         atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
808                         pagedaemon_wakeup();
809                         return (NULL);
810                 }
811                 m_object = m->object;
812                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_object, MA_OWNED);
813                 vm_page_busy(m);
814                 vm_page_free(m);
815                 vm_page_unlock_queues();
816                 if (m_object != object)
817                         VM_OBJECT_UNLOCK(m_object);
818                 goto loop;
819         } else {
820                 /*
821                  * Not allocatable from cache from interrupt, give up.
822                  */
823                 mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
824                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, 1);
825                 pagedaemon_wakeup();
826                 return (NULL);
827         }
828
829         /*
830          *  At this point we had better have found a good page.
831          */
832
833         KASSERT(
834             m != NULL,
835             ("vm_page_alloc(): missing page on free queue")
836         );
837
838         /*
839          * Remove from free queue
840          */
841         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
842
843         /*
844          * Initialize structure.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
845          */
846         flags = PG_BUSY;
847         if (m->flags & PG_ZERO) {
848                 vm_page_zero_count--;
849                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
850                         flags = PG_ZERO | PG_BUSY;
851         }
852         if (req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ))
853                 flags &= ~PG_BUSY;
854         m->flags = flags;
855         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
856                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
857                 m->wire_count = 1;
858         } else
859                 m->wire_count = 0;
860         m->hold_count = 0;
861         m->act_count = 0;
862         m->busy = 0;
863         m->valid = 0;
864         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: free/cache page %p was dirty", m));
865         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
866
867         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0)
868                 vm_page_insert(m, object, pindex);
869         else
870                 m->pindex = pindex;
871
872         /*
873          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
874          * we would be nearly out of memory.
875          */
876         if (vm_paging_needed())
877                 pagedaemon_wakeup();
878
879         return (m);
880 }
881
882 /*
883  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
884  *
885  *      Block until free pages are available for allocation
886  *      - Called in various places before memory allocations.
887  */
888 void
889 vm_wait(void)
890 {
891
892         vm_page_lock_queues();
893         if (curproc == pageproc) {
894                 vm_pageout_pages_needed = 1;
895                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_mtx,
896                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
897         } else {
898                 if (!vm_pages_needed) {
899                         vm_pages_needed = 1;
900                         wakeup(&vm_pages_needed);
901                 }
902                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_mtx, PDROP | PVM,
903                     "vmwait", 0);
904         }
905 }
906
907 /*
908  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
909  *
910  *      Block until free pages are available for allocation
911  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
912  *        can be easily tracked.
913  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
914  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
915  *        this balance without careful testing first.
916  */
917 void
918 vm_waitpfault(void)
919 {
920
921         vm_page_lock_queues();
922         if (!vm_pages_needed) {
923                 vm_pages_needed = 1;
924                 wakeup(&vm_pages_needed);
925         }
926         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_mtx, PDROP | PUSER,
927             "pfault", 0);
928 }
929
930 /*
931  *      vm_page_activate:
932  *
933  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
934  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
935  *      mess with it.
936  *
937  *      The page queues must be locked.
938  *      This routine may not block.
939  */
940 void
941 vm_page_activate(vm_page_t m)
942 {
943
944         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
945         if (m->queue != PQ_ACTIVE) {
946                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
947                         cnt.v_reactivated++;
948                 vm_pageq_remove(m);
949                 if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
950                         if (m->act_count < ACT_INIT)
951                                 m->act_count = ACT_INIT;
952                         vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
953                 }
954         } else {
955                 if (m->act_count < ACT_INIT)
956                         m->act_count = ACT_INIT;
957         }
958 }
959
960 /*
961  *      vm_page_free_wakeup:
962  *
963  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
964  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
965  *      queues.
966  *
967  *      The page queues must be locked.
968  *      This routine may not block.
969  */
970 static __inline void
971 vm_page_free_wakeup(void)
972 {
973
974         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
975         /*
976          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
977          * some free.
978          */
979         if (vm_pageout_pages_needed &&
980             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
981                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
982                 vm_pageout_pages_needed = 0;
983         }
984         /*
985          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
986          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
987          * lots of memory. this process will swapin processes.
988          */
989         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
990                 vm_pages_needed = 0;
991                 wakeup(&cnt.v_free_count);
992         }
993 }
994
995 /*
996  *      vm_page_free_toq:
997  *
998  *      Returns the given page to the PQ_FREE list,
999  *      disassociating it with any VM object.
1000  *
1001  *      Object and page must be locked prior to entry.
1002  *      This routine may not block.
1003  */
1004
1005 void
1006 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1007 {
1008         struct vpgqueues *pq;
1009         vm_object_t object = m->object;
1010
1011         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1012         cnt.v_tfree++;
1013
1014         if (m->busy || ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)) {
1015                 printf(
1016                 "vm_page_free: pindex(%lu), busy(%d), PG_BUSY(%d), hold(%d)\n",
1017                     (u_long)m->pindex, m->busy, (m->flags & PG_BUSY) ? 1 : 0,
1018                     m->hold_count);
1019                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_FREE)
1020                         panic("vm_page_free: freeing free page");
1021                 else
1022                         panic("vm_page_free: freeing busy page");
1023         }
1024
1025         /*
1026          * unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1027          * the page here because we do not want to call the pager's
1028          * callback routine until after we've put the page on the
1029          * appropriate free queue.
1030          */
1031         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1032         vm_page_remove(m);
1033
1034         /*
1035          * If fictitious remove object association and
1036          * return, otherwise delay object association removal.
1037          */
1038         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1039                 return;
1040         }
1041
1042         m->valid = 0;
1043         vm_page_undirty(m);
1044
1045         if (m->wire_count != 0) {
1046                 if (m->wire_count > 1) {
1047                         panic("vm_page_free: invalid wire count (%d), pindex: 0x%lx",
1048                                 m->wire_count, (long)m->pindex);
1049                 }
1050                 panic("vm_page_free: freeing wired page");
1051         }
1052
1053         /*
1054          * If we've exhausted the object's resident pages we want to free
1055          * it up.
1056          */
1057         if (object && 
1058             (object->type == OBJT_VNODE) &&
1059             ((object->flags & OBJ_DEAD) == 0)
1060         ) {
1061                 struct vnode *vp = (struct vnode *)object->handle;
1062
1063                 if (vp) {
1064                         VI_LOCK(vp);
1065                         if (VSHOULDFREE(vp))
1066                                 vfree(vp);
1067                         VI_UNLOCK(vp);
1068                 }
1069         }
1070
1071         /*
1072          * Clear the UNMANAGED flag when freeing an unmanaged page.
1073          */
1074         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1075                 m->flags &= ~PG_UNMANAGED;
1076         }
1077
1078         if (m->hold_count != 0) {
1079                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1080                 m->queue = PQ_HOLD;
1081         } else
1082                 m->queue = PQ_FREE + m->pc;
1083         pq = &vm_page_queues[m->queue];
1084         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1085         pq->lcnt++;
1086         ++(*pq->cnt);
1087
1088         /*
1089          * Put zero'd pages on the end ( where we look for zero'd pages
1090          * first ) and non-zerod pages at the head.
1091          */
1092         if (m->flags & PG_ZERO) {
1093                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pl, m, pageq);
1094                 ++vm_page_zero_count;
1095         } else {
1096                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pl, m, pageq);
1097         }
1098         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
1099         vm_page_free_wakeup();
1100 }
1101
1102 /*
1103  *      vm_page_unmanage:
1104  *
1105  *      Prevent PV management from being done on the page.  The page is
1106  *      removed from the paging queues as if it were wired, and as a 
1107  *      consequence of no longer being managed the pageout daemon will not
1108  *      touch it (since there is no way to locate the pte mappings for the
1109  *      page).  madvise() calls that mess with the pmap will also no longer
1110  *      operate on the page.
1111  *
1112  *      Beyond that the page is still reasonably 'normal'.  Freeing the page
1113  *      will clear the flag.
1114  *
1115  *      This routine is used by OBJT_PHYS objects - objects using unswappable
1116  *      physical memory as backing store rather then swap-backed memory and
1117  *      will eventually be extended to support 4MB unmanaged physical 
1118  *      mappings.
1119  */
1120 void
1121 vm_page_unmanage(vm_page_t m)
1122 {
1123
1124         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1125         if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1126                 if (m->wire_count == 0)
1127                         vm_pageq_remove(m);
1128         }
1129         vm_page_flag_set(m, PG_UNMANAGED);
1130 }
1131
1132 /*
1133  *      vm_page_wire:
1134  *
1135  *      Mark this page as wired down by yet
1136  *      another map, removing it from paging queues
1137  *      as necessary.
1138  *
1139  *      The page queues must be locked.
1140  *      This routine may not block.
1141  */
1142 void
1143 vm_page_wire(vm_page_t m)
1144 {
1145
1146         /*
1147          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1148          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1149          * it is already off the queues).
1150          */
1151         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1152         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1153                 return;
1154         if (m->wire_count == 0) {
1155                 if ((m->flags & PG_UNMANAGED) == 0)
1156                         vm_pageq_remove(m);
1157                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1158         }
1159         m->wire_count++;
1160         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1161 }
1162
1163 /*
1164  *      vm_page_unwire:
1165  *
1166  *      Release one wiring of this page, potentially
1167  *      enabling it to be paged again.
1168  *
1169  *      Many pages placed on the inactive queue should actually go
1170  *      into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
1171  *      we do instead, if the inactive target is well met, is to put
1172  *      clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
1173  *      This will cause them to be moved to the cache more quickly and
1174  *      if not actively re-referenced, freed more quickly.  If we just
1175  *      stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
1176  *      meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
1177  *      processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
1178  *      reused more quickly.
1179  *
1180  *      BUT, if we are in a low-memory situation we have no choice but to
1181  *      put clean pages on the cache queue.
1182  *
1183  *      A number of routines use vm_page_unwire() to guarantee that the page
1184  *      will go into either the inactive or active queues, and will NEVER
1185  *      be placed in the cache - for example, just after dirtying a page.
1186  *      dirty pages in the cache are not allowed.
1187  *
1188  *      The page queues must be locked.
1189  *      This routine may not block.
1190  */
1191 void
1192 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1193 {
1194
1195         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1196         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
1197                 return;
1198         if (m->wire_count > 0) {
1199                 m->wire_count--;
1200                 if (m->wire_count == 0) {
1201                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1202                         if (m->flags & PG_UNMANAGED) {
1203                                 ;
1204                         } else if (activate)
1205                                 vm_pageq_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1206                         else {
1207                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1208                                 vm_pageq_enqueue(PQ_INACTIVE, m);
1209                         }
1210                 }
1211         } else {
1212                 panic("vm_page_unwire: invalid wire count: %d", m->wire_count);
1213         }
1214 }
1215
1216
1217 /*
1218  * Move the specified page to the inactive queue.  If the page has
1219  * any associated swap, the swap is deallocated.
1220  *
1221  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
1222  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
1223  * except without unmapping it from the process address space.
1224  *
1225  * This routine may not block.
1226  */
1227 static __inline void
1228 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
1229 {
1230
1231         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1232
1233         /*
1234          * Ignore if already inactive.
1235          */
1236         if (m->queue == PQ_INACTIVE)
1237                 return;
1238         if (m->wire_count == 0 && (m->flags & PG_UNMANAGED) == 0) {
1239                 if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1240                         cnt.v_reactivated++;
1241                 vm_page_flag_clear(m, PG_WINATCFLS);
1242                 vm_pageq_remove(m);
1243                 if (athead)
1244                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1245                 else
1246                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m, pageq);
1247                 m->queue = PQ_INACTIVE;
1248                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt++;
1249                 cnt.v_inactive_count++;
1250         }
1251 }
1252
1253 void
1254 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
1255 {
1256     _vm_page_deactivate(m, 0);
1257 }
1258
1259 /*
1260  * vm_page_try_to_cache:
1261  *
1262  * Returns 0 on failure, 1 on success
1263  */
1264 int
1265 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
1266 {
1267
1268         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1269         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1270         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1271             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1272                 return (0);
1273         }
1274         pmap_remove_all(m);
1275         if (m->dirty)
1276                 return (0);
1277         vm_page_cache(m);
1278         return (1);
1279 }
1280
1281 /*
1282  * vm_page_try_to_free()
1283  *
1284  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
1285  *      1 is returned on success, 0 on failure.
1286  */
1287 int
1288 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
1289 {
1290
1291         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1292         if (m->object != NULL)
1293                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1294         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
1295             (m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED))) {
1296                 return (0);
1297         }
1298         pmap_remove_all(m);
1299         if (m->dirty)
1300                 return (0);
1301         vm_page_busy(m);
1302         vm_page_free(m);
1303         return (1);
1304 }
1305
1306 /*
1307  * vm_page_cache
1308  *
1309  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
1310  *
1311  * This routine may not block.
1312  */
1313 void
1314 vm_page_cache(vm_page_t m)
1315 {
1316
1317         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1318         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1319         if ((m->flags & (PG_BUSY|PG_UNMANAGED)) || m->busy ||
1320             m->hold_count || m->wire_count) {
1321                 printf("vm_page_cache: attempting to cache busy page\n");
1322                 return;
1323         }
1324         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE)
1325                 return;
1326
1327         /*
1328          * Remove all pmaps and indicate that the page is not
1329          * writeable or mapped.
1330          */
1331         pmap_remove_all(m);
1332         if (m->dirty != 0) {
1333                 panic("vm_page_cache: caching a dirty page, pindex: %ld",
1334                         (long)m->pindex);
1335         }
1336         vm_pageq_remove_nowakeup(m);
1337         vm_pageq_enqueue(PQ_CACHE + m->pc, m);
1338         vm_page_free_wakeup();
1339 }
1340
1341 /*
1342  * vm_page_dontneed
1343  *
1344  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
1345  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
1346  *
1347  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
1348  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
1349  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
1350  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
1351  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
1352  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
1353  *
1354  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
1355  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
1356  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
1357  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
1358  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
1359  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
1360  *      often.
1361  */
1362 void
1363 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
1364 {
1365         static int dnweight;
1366         int dnw;
1367         int head;
1368
1369         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1370         dnw = ++dnweight;
1371
1372         /*
1373          * occassionally leave the page alone
1374          */
1375         if ((dnw & 0x01F0) == 0 ||
1376             m->queue == PQ_INACTIVE || 
1377             m->queue - m->pc == PQ_CACHE
1378         ) {
1379                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
1380                         --m->act_count;
1381                 return;
1382         }
1383
1384         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
1385                 vm_page_dirty(m);
1386
1387         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
1388                 /*
1389                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
1390                  */
1391                 head = 0;
1392         } else {
1393                 /*
1394                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
1395                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
1396                  * at the head of the queue instead of the tail.
1397                  */
1398                 head = 1;
1399         }
1400         _vm_page_deactivate(m, head);
1401 }
1402
1403 /*
1404  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
1405  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
1406  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
1407  * and then conditionally zero it.
1408  *
1409  * This routine may block.
1410  */
1411 vm_page_t
1412 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
1413 {
1414         vm_page_t m;
1415
1416         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1417 retrylookup:
1418         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1419                 vm_page_lock_queues();
1420                 if (m->busy || (m->flags & PG_BUSY)) {
1421                         vm_page_flag_set(m, PG_WANTED | PG_REFERENCED);
1422                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1423                         msleep(m, &vm_page_queue_mtx, PDROP | PVM, "pgrbwt", 0);
1424                         VM_OBJECT_LOCK(object);
1425                         if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1426                                 return (NULL);
1427                         goto retrylookup;
1428                 } else {
1429                         if (allocflags & VM_ALLOC_WIRED)
1430                                 vm_page_wire(m);
1431                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
1432                                 vm_page_busy(m);
1433                         vm_page_unlock_queues();
1434                         return (m);
1435                 }
1436         }
1437         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_RETRY);
1438         if (m == NULL) {
1439                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1440                 VM_WAIT;
1441                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1442                 if ((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) == 0)
1443                         return (NULL);
1444                 goto retrylookup;
1445         }
1446         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
1447                 pmap_zero_page(m);
1448         return (m);
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Mapping function for valid bits or for dirty bits in
1453  * a page.  May not block.
1454  *
1455  * Inputs are required to range within a page.
1456  */
1457 __inline int
1458 vm_page_bits(int base, int size)
1459 {
1460         int first_bit;
1461         int last_bit;
1462
1463         KASSERT(
1464             base + size <= PAGE_SIZE,
1465             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
1466         );
1467
1468         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
1469                 return (0);
1470
1471         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
1472         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
1473
1474         return ((2 << last_bit) - (1 << first_bit));
1475 }
1476
1477 /*
1478  *      vm_page_set_validclean:
1479  *
1480  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
1481  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
1482  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
1483  *      such chunks will be zero'd.
1484  *
1485  *      This routine may not block.
1486  *
1487  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
1488  */
1489 void
1490 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
1491 {
1492         int pagebits;
1493         int frag;
1494         int endoff;
1495
1496         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1497         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1498         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
1499                 return;
1500
1501         /*
1502          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
1503          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
1504          * first block.
1505          */
1506         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
1507             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1508                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
1509
1510         /*
1511          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
1512          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
1513          * the last block.
1514          */
1515         endoff = base + size;
1516         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
1517             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
1518                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
1519                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
1520
1521         /*
1522          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
1523          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
1524          * use this opportunity to clear the PG_NOSYNC flag.  If a process
1525          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
1526          * be set again.
1527          *
1528          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
1529          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
1530          * the range.
1531          */
1532         pagebits = vm_page_bits(base, size);
1533         m->valid |= pagebits;
1534 #if 0   /* NOT YET */
1535         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
1536                 frag = DEV_BSIZE - frag;
1537                 base += frag;
1538                 size -= frag;
1539                 if (size < 0)
1540                         size = 0;
1541         }
1542         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
1543 #endif
1544         m->dirty &= ~pagebits;
1545         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
1546                 pmap_clear_modify(m);
1547                 vm_page_flag_clear(m, PG_NOSYNC);
1548         }
1549 }
1550
1551 void
1552 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
1553 {
1554
1555         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1556         m->dirty &= ~vm_page_bits(base, size);
1557 }
1558
1559 /*
1560  *      vm_page_set_invalid:
1561  *
1562  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
1563  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
1564  *
1565  *      May not block.
1566  */
1567 void
1568 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
1569 {
1570         int bits;
1571
1572         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1573         bits = vm_page_bits(base, size);
1574         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1575         m->valid &= ~bits;
1576         m->dirty &= ~bits;
1577         m->object->generation++;
1578 }
1579
1580 /*
1581  * vm_page_zero_invalid()
1582  *
1583  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
1584  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
1585  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
1586  *      page so user code sees what it expects.
1587  *
1588  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
1589  *      into memory and the file's size is not page aligned.
1590  */
1591 void
1592 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
1593 {
1594         int b;
1595         int i;
1596
1597         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1598         /*
1599          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
1600          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
1601          * valid bit may be set ) have already been zerod by
1602          * vm_page_set_validclean().
1603          */
1604         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
1605                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
1606                     (m->valid & (1 << i))
1607                 ) {
1608                         if (i > b) {
1609                                 pmap_zero_page_area(m, 
1610                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
1611                         }
1612                         b = i + 1;
1613                 }
1614         }
1615
1616         /*
1617          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
1618          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
1619          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
1620          */
1621         if (setvalid)
1622                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1623 }
1624
1625 /*
1626  *      vm_page_is_valid:
1627  *
1628  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
1629  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
1630  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
1631  *
1632  *      May not block.
1633  */
1634 int
1635 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
1636 {
1637         int bits = vm_page_bits(base, size);
1638
1639         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1640         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
1641                 return 1;
1642         else
1643                 return 0;
1644 }
1645
1646 /*
1647  * update dirty bits from pmap/mmu.  May not block.
1648  */
1649 void
1650 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
1651 {
1652         if ((m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL) && pmap_is_modified(m)) {
1653                 vm_page_dirty(m);
1654         }
1655 }
1656
1657 int so_zerocp_fullpage = 0;
1658
1659 void
1660 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
1661 {
1662         vm_page_t mnew;
1663         vm_object_t object;
1664         vm_pindex_t pindex;
1665
1666         object = m->object;
1667         pindex = m->pindex;
1668
1669  retry_alloc:
1670         vm_page_busy(m);
1671         vm_page_remove(m);
1672         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
1673         if (mnew == NULL) {
1674                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1675                 vm_page_unlock_queues();
1676                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1677                 VM_WAIT;
1678                 VM_OBJECT_LOCK(object);
1679                 vm_page_lock_queues();
1680                 goto retry_alloc;
1681         }
1682
1683         if (m->cow == 0) {
1684                 /* 
1685                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
1686                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
1687                  * the way they were 
1688                  */
1689                 vm_page_free(mnew);
1690                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1691         } else { /* clear COW & copy page */
1692                 if (!so_zerocp_fullpage)
1693                         pmap_copy_page(m, mnew);
1694                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1695                 vm_page_dirty(mnew);
1696                 vm_page_flag_clear(mnew, PG_BUSY);
1697         }
1698 }
1699
1700 void 
1701 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
1702 {
1703
1704         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1705         if (m->cow) {
1706                 m->cow--;
1707                 /* 
1708                  * let vm_fault add back write permission  lazily
1709                  */
1710         } 
1711         /*
1712          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
1713          */ 
1714 }
1715
1716 void
1717 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
1718 {
1719
1720         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1721         m->cow++;
1722         pmap_page_protect(m, VM_PROT_READ);
1723 }
1724
1725 #include "opt_ddb.h"
1726 #ifdef DDB
1727 #include <sys/kernel.h>
1728
1729 #include <ddb/ddb.h>
1730
1731 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
1732 {
1733         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
1734         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
1735         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
1736         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
1737         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
1738         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
1739         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
1740         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
1741         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
1742         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
1743 }
1744
1745 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
1746 {
1747         int i;
1748         db_printf("PQ_FREE:");
1749         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1750                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_FREE + i].lcnt);
1751         }
1752         db_printf("\n");
1753                 
1754         db_printf("PQ_CACHE:");
1755         for (i = 0; i < PQ_L2_SIZE; i++) {
1756                 db_printf(" %d", vm_page_queues[PQ_CACHE + i].lcnt);
1757         }
1758         db_printf("\n");
1759
1760         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
1761                 vm_page_queues[PQ_ACTIVE].lcnt,
1762                 vm_page_queues[PQ_INACTIVE].lcnt);
1763 }
1764 #endif /* DDB */