]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.h
MFH
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / vm_page.h
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
3  *
4  * Copyright (c) 1991, 1993
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      from: @(#)vm_page.h     8.2 (Berkeley) 12/13/93
35  *
36  *
37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
38  * All rights reserved.
39  *
40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  *
62  * $FreeBSD$
63  */
64
65 /*
66  *      Resident memory system definitions.
67  */
68
69 #ifndef _VM_PAGE_
70 #define _VM_PAGE_
71
72 #include <vm/pmap.h>
73
74 /*
75  *      Management of resident (logical) pages.
76  *
77  *      A small structure is kept for each resident
78  *      page, indexed by page number.  Each structure
79  *      is an element of several collections:
80  *
81  *              A radix tree used to quickly
82  *              perform object/offset lookups
83  *
84  *              A list of all pages for a given object,
85  *              so they can be quickly deactivated at
86  *              time of deallocation.
87  *
88  *              An ordered list of pages due for pageout.
89  *
90  *      In addition, the structure contains the object
91  *      and offset to which this page belongs (for pageout),
92  *      and sundry status bits.
93  *
94  *      In general, operations on this structure's mutable fields are
95  *      synchronized using either one of or a combination of locks.  If a
96  *      field is annotated with two of these locks then holding either is
97  *      sufficient for read access but both are required for write access.
98  *      The physical address of a page is used to select its page lock from
99  *      a pool.  The queue lock for a page depends on the value of its queue
100  *      field and is described in detail below.
101  *
102  *      The following annotations are possible:
103  *      (A) the field must be accessed using atomic(9) and may require
104  *          additional synchronization.
105  *      (B) the page busy lock.
106  *      (C) the field is immutable.
107  *      (F) the per-domain lock for the free queues
108  *      (M) Machine dependent, defined by pmap layer.
109  *      (O) the object that the page belongs to.
110  *      (P) the page lock.
111  *      (Q) the page's queue lock.
112  *
113  *      The busy lock is an embedded reader-writer lock that protects the
114  *      page's contents and identity (i.e., its <object, pindex> tuple) as
115  *      well as certain valid/dirty modifications.  To avoid bloating the
116  *      the page structure, the busy lock lacks some of the features available
117  *      the kernel's general-purpose synchronization primitives.  As a result,
118  *      busy lock ordering rules are not verified, lock recursion is not
119  *      detected, and an attempt to xbusy a busy page or sbusy an xbusy page
120  *      results will trigger a panic rather than causing the thread to block.
121  *      vm_page_sleep_if_busy() can be used to sleep until the page's busy
122  *      state changes, after which the caller must re-lookup the page and
123  *      re-evaluate its state.  vm_page_busy_acquire() will block until
124  *      the lock is acquired.
125  *
126  *      The valid field is protected by the page busy lock (B) and object
127  *      lock (O).  Transitions from invalid to valid are generally done
128  *      via I/O or zero filling and do not require the object lock.
129  *      These must be protected with the busy lock to prevent page-in or
130  *      creation races.  Page invalidation generally happens as a result
131  *      of truncate or msync.  When invalidated, pages must not be present
132  *      in pmap and must hold the object lock to prevent concurrent
133  *      speculative read-only mappings that do not require busy.  I/O
134  *      routines may check for validity without a lock if they are prepared
135  *      to handle invalidation races with higher level locks (vnode) or are
136  *      unconcerned with races so long as they hold a reference to prevent
137  *      recycling.  When a valid bit is set while holding a shared busy
138  *      lock (A) atomic operations are used to protect against concurrent
139  *      modification.
140  *
141  *      In contrast, the synchronization of accesses to the page's
142  *      dirty field is a mix of machine dependent (M) and busy (B).  In
143  *      the machine-independent layer, the page busy must be held to
144  *      operate on the field.  However, the pmap layer is permitted to
145  *      set all bits within the field without holding that lock.  If the
146  *      underlying architecture does not support atomic read-modify-write
147  *      operations on the field's type, then the machine-independent
148  *      layer uses a 32-bit atomic on the aligned 32-bit word that
149  *      contains the dirty field.  In the machine-independent layer,
150  *      the implementation of read-modify-write operations on the
151  *      field is encapsulated in vm_page_clear_dirty_mask().  An
152  *      exclusive busy lock combined with pmap_remove_{write/all}() is the
153  *      only way to ensure a page can not become dirty.  I/O generally
154  *      removes the page from pmap to ensure exclusive access and atomic
155  *      writes.
156  *
157  *      The ref_count field tracks references to the page.  References that
158  *      prevent the page from being reclaimable are called wirings and are
159  *      counted in the low bits of ref_count.  The containing object's
160  *      reference, if one exists, is counted using the VPRC_OBJREF bit in the
161  *      ref_count field.  Additionally, the VPRC_BLOCKED bit is used to
162  *      atomically check for wirings and prevent new wirings via
163  *      pmap_extract_and_hold().  When a page belongs to an object, it may be
164  *      wired only when the object is locked, or the page is busy, or by
165  *      pmap_extract_and_hold().  As a result, if the object is locked and the
166  *      page is not busy (or is exclusively busied by the current thread), and
167  *      the page is unmapped, its wire count will not increase.  The ref_count
168  *      field is updated using atomic operations in most cases, except when it
169  *      is known that no other references to the page exist, such as in the page
170  *      allocator.  A page may be present in the page queues, or even actively
171  *      scanned by the page daemon, without an explicitly counted referenced.
172  *      The page daemon must therefore handle the possibility of a concurrent
173  *      free of the page.
174  *
175  *      The queue state of a page consists of the queue and act_count fields of
176  *      its atomically updated state, and the subset of atomic flags specified
177  *      by PGA_QUEUE_STATE_MASK.  The queue field contains the page's page queue
178  *      index, or PQ_NONE if it does not belong to a page queue.  To modify the
179  *      queue field, the page queue lock corresponding to the old value must be
180  *      held, unless that value is PQ_NONE, in which case the queue index must
181  *      be updated using an atomic RMW operation.  There is one exception to
182  *      this rule: the page daemon may transition the queue field from
183  *      PQ_INACTIVE to PQ_NONE immediately prior to freeing the page during an
184  *      inactive queue scan.  At that point the page is already dequeued and no
185  *      other references to that vm_page structure can exist.  The PGA_ENQUEUED
186  *      flag, when set, indicates that the page structure is physically inserted
187  *      into the queue corresponding to the page's queue index, and may only be
188  *      set or cleared with the corresponding page queue lock held.
189  *
190  *      To avoid contention on page queue locks, page queue operations (enqueue,
191  *      dequeue, requeue) are batched using fixed-size per-CPU queues.  A
192  *      deferred operation is requested by setting one of the flags in
193  *      PGA_QUEUE_OP_MASK and inserting an entry into a batch queue.  When a
194  *      queue is full, an attempt to insert a new entry will lock the page
195  *      queues and trigger processing of the pending entries.  The
196  *      type-stability of vm_page structures is crucial to this scheme since the
197  *      processing of entries in a given batch queue may be deferred
198  *      indefinitely.  In particular, a page may be freed with pending batch
199  *      queue entries.  The page queue operation flags must be set using atomic
200  *      RWM operations.
201  */
202
203 #if PAGE_SIZE == 4096
204 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffu
205 typedef uint8_t vm_page_bits_t;
206 #elif PAGE_SIZE == 8192
207 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffu
208 typedef uint16_t vm_page_bits_t;
209 #elif PAGE_SIZE == 16384
210 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffffffu
211 typedef uint32_t vm_page_bits_t;
212 #elif PAGE_SIZE == 32768
213 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xfffffffffffffffflu
214 typedef uint64_t vm_page_bits_t;
215 #endif
216
217 typedef union vm_page_astate {
218         struct {
219                 uint16_t flags;
220                 uint8_t queue;
221                 uint8_t act_count;
222         };
223         uint32_t _bits;
224 } vm_page_astate_t;
225
226 struct vm_page {
227         union {
228                 TAILQ_ENTRY(vm_page) q; /* page queue or free list (Q) */
229                 struct {
230                         SLIST_ENTRY(vm_page) ss; /* private slists */
231                 } s;
232                 struct {
233                         u_long p;
234                         u_long v;
235                 } memguard;
236                 struct {
237                         void *slab;
238                         void *zone;
239                 } uma;
240         } plinks;
241         TAILQ_ENTRY(vm_page) listq;     /* pages in same object (O) */
242         vm_object_t object;             /* which object am I in (O) */
243         vm_pindex_t pindex;             /* offset into object (O,P) */
244         vm_paddr_t phys_addr;           /* physical address of page (C) */
245         struct md_page md;              /* machine dependent stuff */
246         u_int ref_count;                /* page references (A) */
247         u_int busy_lock;                /* busy owners lock (A) */
248         union vm_page_astate a;         /* state accessed atomically (A) */
249         uint8_t order;                  /* index of the buddy queue (F) */
250         uint8_t pool;                   /* vm_phys freepool index (F) */
251         uint8_t flags;                  /* page PG_* flags (P) */
252         uint8_t oflags;                 /* page VPO_* flags (O) */
253         int8_t psind;                   /* pagesizes[] index (O) */
254         int8_t segind;                  /* vm_phys segment index (C) */
255         /* NOTE that these must support one bit per DEV_BSIZE in a page */
256         /* so, on normal X86 kernels, they must be at least 8 bits wide */
257         vm_page_bits_t valid;           /* valid DEV_BSIZE chunk map (O,B) */
258         vm_page_bits_t dirty;           /* dirty DEV_BSIZE chunk map (M,B) */
259 };
260
261 /*
262  * Special bits used in the ref_count field.
263  *
264  * ref_count is normally used to count wirings that prevent the page from being
265  * reclaimed, but also supports several special types of references that do not
266  * prevent reclamation.  Accesses to the ref_count field must be atomic unless
267  * the page is unallocated.
268  *
269  * VPRC_OBJREF is the reference held by the containing object.  It can set or
270  * cleared only when the corresponding object's write lock is held.
271  *
272  * VPRC_BLOCKED is used to atomically block wirings via pmap lookups while
273  * attempting to tear down all mappings of a given page.  The page lock and
274  * object write lock must both be held in order to set or clear this bit.
275  */
276 #define VPRC_BLOCKED    0x40000000u     /* mappings are being removed */
277 #define VPRC_OBJREF     0x80000000u     /* object reference, cleared with (O) */
278 #define VPRC_WIRE_COUNT(c)      ((c) & ~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
279 #define VPRC_WIRE_COUNT_MAX     (~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
280
281 /*
282  * Page flags stored in oflags:
283  *
284  * Access to these page flags is synchronized by the lock on the object
285  * containing the page (O).
286  *
287  * Note: VPO_UNMANAGED (used by OBJT_DEVICE, OBJT_PHYS and OBJT_SG)
288  *       indicates that the page is not under PV management but
289  *       otherwise should be treated as a normal page.  Pages not
290  *       under PV management cannot be paged out via the
291  *       object/vm_page_t because there is no knowledge of their pte
292  *       mappings, and such pages are also not on any PQ queue.
293  *
294  */
295 #define VPO_KMEM_EXEC   0x01            /* kmem mapping allows execution */
296 #define VPO_SWAPSLEEP   0x02            /* waiting for swap to finish */
297 #define VPO_UNMANAGED   0x04            /* no PV management for page */
298 #define VPO_SWAPINPROG  0x08            /* swap I/O in progress on page */
299
300 /*
301  * Busy page implementation details.
302  * The algorithm is taken mostly by rwlock(9) and sx(9) locks implementation,
303  * even if the support for owner identity is removed because of size
304  * constraints.  Checks on lock recursion are then not possible, while the
305  * lock assertions effectiveness is someway reduced.
306  */
307 #define VPB_BIT_SHARED          0x01
308 #define VPB_BIT_EXCLUSIVE       0x02
309 #define VPB_BIT_WAITERS         0x04
310 #define VPB_BIT_FLAGMASK                                                \
311         (VPB_BIT_SHARED | VPB_BIT_EXCLUSIVE | VPB_BIT_WAITERS)
312
313 #define VPB_SHARERS_SHIFT       3
314 #define VPB_SHARERS(x)                                                  \
315         (((x) & ~VPB_BIT_FLAGMASK) >> VPB_SHARERS_SHIFT)
316 #define VPB_SHARERS_WORD(x)     ((x) << VPB_SHARERS_SHIFT | VPB_BIT_SHARED)
317 #define VPB_ONE_SHARER          (1 << VPB_SHARERS_SHIFT)
318
319 #define VPB_SINGLE_EXCLUSIVE    VPB_BIT_EXCLUSIVE
320 #ifdef INVARIANTS
321 #define VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE                                         \
322         (VPB_BIT_EXCLUSIVE | ((u_int)(uintptr_t)curthread & ~VPB_BIT_FLAGMASK))
323 #else
324 #define VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE VPB_SINGLE_EXCLUSIVE
325 #endif
326
327 #define VPB_UNBUSIED            VPB_SHARERS_WORD(0)
328
329 /* Freed lock blocks both shared and exclusive. */
330 #define VPB_FREED               (0xffffffff - VPB_BIT_SHARED)
331
332 #define PQ_NONE         255
333 #define PQ_INACTIVE     0
334 #define PQ_ACTIVE       1
335 #define PQ_LAUNDRY      2
336 #define PQ_UNSWAPPABLE  3
337 #define PQ_COUNT        4
338
339 #ifndef VM_PAGE_HAVE_PGLIST
340 TAILQ_HEAD(pglist, vm_page);
341 #define VM_PAGE_HAVE_PGLIST
342 #endif
343 SLIST_HEAD(spglist, vm_page);
344
345 #ifdef _KERNEL
346 extern vm_page_t bogus_page;
347 #endif  /* _KERNEL */
348
349 extern struct mtx_padalign pa_lock[];
350
351 #if defined(__arm__)
352 #define PDRSHIFT        PDR_SHIFT
353 #elif !defined(PDRSHIFT)
354 #define PDRSHIFT        21
355 #endif
356
357 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
358 #define PA_LOCKPTR(pa)  ((struct mtx *)(&pa_lock[pa_index(pa) % PA_LOCK_COUNT]))
359 #define PA_LOCKOBJPTR(pa)       ((struct lock_object *)PA_LOCKPTR((pa)))
360 #define PA_LOCK(pa)     mtx_lock(PA_LOCKPTR(pa))
361 #define PA_TRYLOCK(pa)  mtx_trylock(PA_LOCKPTR(pa))
362 #define PA_UNLOCK(pa)   mtx_unlock(PA_LOCKPTR(pa))
363 #define PA_UNLOCK_COND(pa)                      \
364         do {                                    \
365                 if ((pa) != 0) {                \
366                         PA_UNLOCK((pa));        \
367                         (pa) = 0;               \
368                 }                               \
369         } while (0)
370
371 #define PA_LOCK_ASSERT(pa, a)   mtx_assert(PA_LOCKPTR(pa), (a))
372
373 #if defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)
374 #define vm_page_lock(m)         vm_page_lock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
375 #define vm_page_unlock(m)       vm_page_unlock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
376 #define vm_page_trylock(m)      vm_page_trylock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
377 #else   /* !KLD_MODULE */
378 #define vm_page_lockptr(m)      (PA_LOCKPTR(VM_PAGE_TO_PHYS((m))))
379 #define vm_page_lock(m)         mtx_lock(vm_page_lockptr((m)))
380 #define vm_page_unlock(m)       mtx_unlock(vm_page_lockptr((m)))
381 #define vm_page_trylock(m)      mtx_trylock(vm_page_lockptr((m)))
382 #endif
383 #if defined(INVARIANTS)
384 #define vm_page_assert_locked(m)                \
385     vm_page_assert_locked_KBI((m), __FILE__, __LINE__)
386 #define vm_page_lock_assert(m, a)               \
387     vm_page_lock_assert_KBI((m), (a), __FILE__, __LINE__)
388 #else
389 #define vm_page_assert_locked(m)
390 #define vm_page_lock_assert(m, a)
391 #endif
392
393 /*
394  * The vm_page's aflags are updated using atomic operations.  To set or clear
395  * these flags, the functions vm_page_aflag_set() and vm_page_aflag_clear()
396  * must be used.  Neither these flags nor these functions are part of the KBI.
397  *
398  * PGA_REFERENCED may be cleared only if the page is locked.  It is set by
399  * both the MI and MD VM layers.  However, kernel loadable modules should not
400  * directly set this flag.  They should call vm_page_reference() instead.
401  *
402  * PGA_WRITEABLE is set exclusively on managed pages by pmap_enter().
403  * When it does so, the object must be locked, or the page must be
404  * exclusive busied.  The MI VM layer must never access this flag
405  * directly.  Instead, it should call pmap_page_is_write_mapped().
406  *
407  * PGA_EXECUTABLE may be set by pmap routines, and indicates that a page has
408  * at least one executable mapping.  It is not consumed by the MI VM layer.
409  *
410  * PGA_NOSYNC must be set and cleared with the page busy lock held.
411  *
412  * PGA_ENQUEUED is set and cleared when a page is inserted into or removed
413  * from a page queue, respectively.  It determines whether the plinks.q field
414  * of the page is valid.  To set or clear this flag, the queue lock for the
415  * page must be held: the page queue lock corresponding to the page's "queue"
416  * field if its value is not PQ_NONE, and the page lock otherwise.
417  *
418  * PGA_DEQUEUE is set when the page is scheduled to be dequeued from a page
419  * queue, and cleared when the dequeue request is processed.  A page may
420  * have PGA_DEQUEUE set and PGA_ENQUEUED cleared, for instance if a dequeue
421  * is requested after the page is scheduled to be enqueued but before it is
422  * actually inserted into the page queue.  For allocated pages, the page lock
423  * must be held to set this flag, but it may be set by vm_page_free_prep()
424  * without the page lock held.  The page queue lock must be held to clear the
425  * PGA_DEQUEUE flag.
426  *
427  * PGA_REQUEUE is set when the page is scheduled to be enqueued or requeued
428  * in its page queue.  The page lock must be held to set this flag, and the
429  * queue lock for the page must be held to clear it.
430  *
431  * PGA_REQUEUE_HEAD is a special flag for enqueuing pages near the head of
432  * the inactive queue, thus bypassing LRU.  The page lock must be held to
433  * set this flag, and the queue lock for the page must be held to clear it.
434  *
435  * PGA_SWAP_FREE is used to defer freeing swap space to the pageout daemon
436  * when the context that dirties the page does not have the object write lock
437  * held.
438  */
439 #define PGA_WRITEABLE   0x0001          /* page may be mapped writeable */
440 #define PGA_REFERENCED  0x0002          /* page has been referenced */
441 #define PGA_EXECUTABLE  0x0004          /* page may be mapped executable */
442 #define PGA_ENQUEUED    0x0008          /* page is enqueued in a page queue */
443 #define PGA_DEQUEUE     0x0010          /* page is due to be dequeued */
444 #define PGA_REQUEUE     0x0020          /* page is due to be requeued */
445 #define PGA_REQUEUE_HEAD 0x0040         /* page requeue should bypass LRU */
446 #define PGA_NOSYNC      0x0080          /* do not collect for syncer */
447 #define PGA_SWAP_FREE   0x0100          /* page with swap space was dirtied */
448 #define PGA_SWAP_SPACE  0x0200          /* page has allocated swap space */
449
450 #define PGA_QUEUE_OP_MASK       (PGA_DEQUEUE | PGA_REQUEUE | PGA_REQUEUE_HEAD)
451 #define PGA_QUEUE_STATE_MASK    (PGA_ENQUEUED | PGA_QUEUE_OP_MASK)
452
453 /*
454  * Page flags.  If changed at any other time than page allocation or
455  * freeing, the modification must be protected by the vm_page lock.
456  *
457  * The PG_PCPU_CACHE flag is set at allocation time if the page was
458  * allocated from a per-CPU cache.  It is cleared the next time that the
459  * page is allocated from the physical memory allocator.
460  */
461 #define PG_PCPU_CACHE   0x01            /* was allocated from per-CPU caches */
462 #define PG_FICTITIOUS   0x02            /* physical page doesn't exist */
463 #define PG_ZERO         0x04            /* page is zeroed */
464 #define PG_MARKER       0x08            /* special queue marker page */
465 #define PG_NODUMP       0x10            /* don't include this page in a dump */
466
467 /*
468  * Misc constants.
469  */
470 #define ACT_DECLINE             1
471 #define ACT_ADVANCE             3
472 #define ACT_INIT                5
473 #define ACT_MAX                 64
474
475 #ifdef _KERNEL
476
477 #include <sys/systm.h>
478
479 #include <machine/atomic.h>
480
481 /*
482  * Each pageable resident page falls into one of five lists:
483  *
484  *      free
485  *              Available for allocation now.
486  *
487  *      inactive
488  *              Low activity, candidates for reclamation.
489  *              This list is approximately LRU ordered.
490  *
491  *      laundry
492  *              This is the list of pages that should be
493  *              paged out next.
494  *
495  *      unswappable
496  *              Dirty anonymous pages that cannot be paged
497  *              out because no swap device is configured.
498  *
499  *      active
500  *              Pages that are "active", i.e., they have been
501  *              recently referenced.
502  *
503  */
504
505 extern vm_page_t vm_page_array;         /* First resident page in table */
506 extern long vm_page_array_size;         /* number of vm_page_t's */
507 extern long first_page;                 /* first physical page number */
508
509 #define VM_PAGE_TO_PHYS(entry)  ((entry)->phys_addr)
510
511 /*
512  * PHYS_TO_VM_PAGE() returns the vm_page_t object that represents a memory
513  * page to which the given physical address belongs. The correct vm_page_t
514  * object is returned for addresses that are not page-aligned.
515  */
516 vm_page_t PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa);
517
518 /*
519  * Page allocation parameters for vm_page for the functions
520  * vm_page_alloc(), vm_page_grab(), vm_page_alloc_contig() and
521  * vm_page_alloc_freelist().  Some functions support only a subset
522  * of the flags, and ignore others, see the flags legend.
523  *
524  * The meaning of VM_ALLOC_ZERO differs slightly between the vm_page_alloc*()
525  * and the vm_page_grab*() functions.  See these functions for details.
526  *
527  * Bits 0 - 1 define class.
528  * Bits 2 - 15 dedicated for flags.
529  * Legend:
530  * (a) - vm_page_alloc() supports the flag.
531  * (c) - vm_page_alloc_contig() supports the flag.
532  * (f) - vm_page_alloc_freelist() supports the flag.
533  * (g) - vm_page_grab() supports the flag.
534  * (p) - vm_page_grab_pages() supports the flag.
535  * Bits above 15 define the count of additional pages that the caller
536  * intends to allocate.
537  */
538 #define VM_ALLOC_NORMAL         0
539 #define VM_ALLOC_INTERRUPT      1
540 #define VM_ALLOC_SYSTEM         2
541 #define VM_ALLOC_CLASS_MASK     3
542 #define VM_ALLOC_WAITOK         0x0008  /* (acf) Sleep and retry */
543 #define VM_ALLOC_WAITFAIL       0x0010  /* (acf) Sleep and return error */
544 #define VM_ALLOC_WIRED          0x0020  /* (acfgp) Allocate a wired page */
545 #define VM_ALLOC_ZERO           0x0040  /* (acfgp) Allocate a prezeroed page */
546 #define VM_ALLOC_NOOBJ          0x0100  /* (acg) No associated object */
547 #define VM_ALLOC_NOBUSY         0x0200  /* (acgp) Do not excl busy the page */
548 #define VM_ALLOC_NOCREAT        0x0400  /* (gp) Don't create a page */
549 #define VM_ALLOC_IGN_SBUSY      0x1000  /* (gp) Ignore shared busy flag */
550 #define VM_ALLOC_NODUMP         0x2000  /* (ag) don't include in dump */
551 #define VM_ALLOC_SBUSY          0x4000  /* (acgp) Shared busy the page */
552 #define VM_ALLOC_NOWAIT         0x8000  /* (acfgp) Do not sleep */
553 #define VM_ALLOC_COUNT_SHIFT    16
554 #define VM_ALLOC_COUNT(count)   ((count) << VM_ALLOC_COUNT_SHIFT)
555
556 #ifdef M_NOWAIT
557 static inline int
558 malloc2vm_flags(int malloc_flags)
559 {
560         int pflags;
561
562         KASSERT((malloc_flags & M_USE_RESERVE) == 0 ||
563             (malloc_flags & M_NOWAIT) != 0,
564             ("M_USE_RESERVE requires M_NOWAIT"));
565         pflags = (malloc_flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
566             VM_ALLOC_SYSTEM;
567         if ((malloc_flags & M_ZERO) != 0)
568                 pflags |= VM_ALLOC_ZERO;
569         if ((malloc_flags & M_NODUMP) != 0)
570                 pflags |= VM_ALLOC_NODUMP;
571         if ((malloc_flags & M_NOWAIT))
572                 pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
573         if ((malloc_flags & M_WAITOK))
574                 pflags |= VM_ALLOC_WAITOK;
575         return (pflags);
576 }
577 #endif
578
579 /*
580  * Predicates supported by vm_page_ps_test():
581  *
582  *      PS_ALL_DIRTY is true only if the entire (super)page is dirty.
583  *      However, it can be spuriously false when the (super)page has become
584  *      dirty in the pmap but that information has not been propagated to the
585  *      machine-independent layer.
586  */
587 #define PS_ALL_DIRTY    0x1
588 #define PS_ALL_VALID    0x2
589 #define PS_NONE_BUSY    0x4
590
591 bool vm_page_busy_acquire(vm_page_t m, int allocflags);
592 void vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m);
593 int vm_page_busy_tryupgrade(vm_page_t m);
594 void vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *msg, bool nonshared);
595 void vm_page_busy_sleep_unlocked(vm_object_t obj, vm_page_t m,
596     vm_pindex_t pindex, const char *wmesg, bool nonshared);
597 void vm_page_free(vm_page_t m);
598 void vm_page_free_zero(vm_page_t m);
599
600 void vm_page_activate (vm_page_t);
601 void vm_page_advise(vm_page_t m, int advice);
602 vm_page_t vm_page_alloc(vm_object_t, vm_pindex_t, int);
603 vm_page_t vm_page_alloc_domain(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int);
604 vm_page_t vm_page_alloc_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, vm_page_t);
605 vm_page_t vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int,
606     vm_page_t);
607 vm_page_t vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
608     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
609     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr);
610 vm_page_t vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object,
611     vm_pindex_t pindex, int domain, int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
612     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
613     vm_memattr_t memattr);
614 vm_page_t vm_page_alloc_freelist(int, int);
615 vm_page_t vm_page_alloc_freelist_domain(int, int, int);
616 void vm_page_bits_set(vm_page_t m, vm_page_bits_t *bits, vm_page_bits_t set);
617 bool vm_page_blacklist_add(vm_paddr_t pa, bool verbose);
618 vm_page_t vm_page_grab(vm_object_t, vm_pindex_t, int);
619 vm_page_t vm_page_grab_unlocked(vm_object_t, vm_pindex_t, int);
620 int vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
621     vm_page_t *ma, int count);
622 int vm_page_grab_pages_unlocked(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
623     int allocflags, vm_page_t *ma, int count);
624 int vm_page_grab_valid(vm_page_t *mp, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
625     int allocflags);
626 int vm_page_grab_valid_unlocked(vm_page_t *mp, vm_object_t object,
627     vm_pindex_t pindex, int allocflags);
628 void vm_page_deactivate(vm_page_t);
629 void vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t);
630 void vm_page_dequeue(vm_page_t m);
631 void vm_page_dequeue_deferred(vm_page_t m);
632 vm_page_t vm_page_find_least(vm_object_t, vm_pindex_t);
633 void vm_page_free_invalid(vm_page_t);
634 vm_page_t vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
635 void vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
636 int vm_page_insert (vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
637 void vm_page_invalid(vm_page_t m);
638 void vm_page_launder(vm_page_t m);
639 vm_page_t vm_page_lookup(vm_object_t, vm_pindex_t);
640 vm_page_t vm_page_next(vm_page_t m);
641 void vm_page_pqbatch_drain(void);
642 void vm_page_pqbatch_submit(vm_page_t m, uint8_t queue);
643 bool vm_page_pqstate_commit(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old,
644     vm_page_astate_t new);
645 vm_page_t vm_page_prev(vm_page_t m);
646 bool vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m);
647 void vm_page_putfake(vm_page_t m);
648 void vm_page_readahead_finish(vm_page_t m);
649 bool vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
650     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
651 bool vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
652     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
653 void vm_page_reference(vm_page_t m);
654 #define VPR_TRYFREE     0x01
655 #define VPR_NOREUSE     0x02
656 void vm_page_release(vm_page_t m, int flags);
657 void vm_page_release_locked(vm_page_t m, int flags);
658 vm_page_t vm_page_relookup(vm_object_t, vm_pindex_t);
659 bool vm_page_remove(vm_page_t);
660 bool vm_page_remove_xbusy(vm_page_t);
661 int vm_page_rename(vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
662 void vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object,
663     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mold);
664 int vm_page_sbusied(vm_page_t m);
665 vm_page_t vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start,
666     vm_page_t m_end, u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options);
667 vm_page_bits_t vm_page_set_dirty(vm_page_t m);
668 void vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size);
669 int vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg);
670 int vm_page_sleep_if_xbusy(vm_page_t m, const char *msg);
671 vm_offset_t vm_page_startup(vm_offset_t vaddr);
672 void vm_page_sunbusy(vm_page_t m);
673 bool vm_page_try_remove_all(vm_page_t m);
674 bool vm_page_try_remove_write(vm_page_t m);
675 int vm_page_trysbusy(vm_page_t m);
676 int vm_page_tryxbusy(vm_page_t m);
677 void vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count);
678 void vm_page_unswappable(vm_page_t m);
679 void vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue);
680 bool vm_page_unwire_noq(vm_page_t m);
681 void vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
682 void vm_page_wire(vm_page_t);
683 bool vm_page_wire_mapped(vm_page_t m);
684 void vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m);
685 void vm_page_xunbusy_hard_unchecked(vm_page_t m);
686 void vm_page_set_validclean (vm_page_t, int, int);
687 void vm_page_clear_dirty(vm_page_t, int, int);
688 void vm_page_set_invalid(vm_page_t, int, int);
689 void vm_page_valid(vm_page_t m);
690 int vm_page_is_valid(vm_page_t, int, int);
691 void vm_page_test_dirty(vm_page_t);
692 vm_page_bits_t vm_page_bits(int base, int size);
693 void vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid);
694 void vm_page_free_pages_toq(struct spglist *free, bool update_wire_count);
695
696 void vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m);
697 void vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
698 void vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
699 int vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
700 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
701 void vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
702 void vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line);
703 #endif
704
705 #define vm_page_busy_fetch(m)   atomic_load_int(&(m)->busy_lock)
706
707 #define vm_page_assert_busied(m)                                        \
708         KASSERT(vm_page_busied(m),                                      \
709             ("vm_page_assert_busied: page %p not busy @ %s:%d", \
710             (m), __FILE__, __LINE__))
711
712 #define vm_page_assert_sbusied(m)                                       \
713         KASSERT(vm_page_sbusied(m),                                     \
714             ("vm_page_assert_sbusied: page %p not shared busy @ %s:%d", \
715             (m), __FILE__, __LINE__))
716
717 #define vm_page_assert_unbusied(m)                                      \
718         KASSERT((vm_page_busy_fetch(m) & ~VPB_BIT_WAITERS) !=           \
719             VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE,                                    \
720             ("vm_page_assert_xbusied: page %p busy_lock %#x owned"      \
721             " by me @ %s:%d",                                           \
722             (m), (m)->busy_lock, __FILE__, __LINE__));                  \
723
724 #define vm_page_assert_xbusied_unchecked(m) do {                        \
725         KASSERT(vm_page_xbusied(m),                                     \
726             ("vm_page_assert_xbusied: page %p not exclusive busy @ %s:%d", \
727             (m), __FILE__, __LINE__));                                  \
728 } while (0)
729 #define vm_page_assert_xbusied(m) do {                                  \
730         vm_page_assert_xbusied_unchecked(m);                            \
731         KASSERT((vm_page_busy_fetch(m) & ~VPB_BIT_WAITERS) ==           \
732             VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE,                                    \
733             ("vm_page_assert_xbusied: page %p busy_lock %#x not owned"  \
734             " by me @ %s:%d",                                           \
735             (m), (m)->busy_lock, __FILE__, __LINE__));                  \
736 } while (0)
737
738 #define vm_page_busied(m)                                               \
739         (vm_page_busy_fetch(m) != VPB_UNBUSIED)
740
741 #define vm_page_sbusy(m) do {                                           \
742         if (!vm_page_trysbusy(m))                                       \
743                 panic("%s: page %p failed shared busying", __func__,    \
744                     (m));                                               \
745 } while (0)
746
747 #define vm_page_xbusied(m)                                              \
748         ((vm_page_busy_fetch(m) & VPB_SINGLE_EXCLUSIVE) != 0)
749
750 #define vm_page_busy_freed(m)                                           \
751         (vm_page_busy_fetch(m) == VPB_FREED)
752
753 #define vm_page_xbusy(m) do {                                           \
754         if (!vm_page_tryxbusy(m))                                       \
755                 panic("%s: page %p failed exclusive busying", __func__, \
756                     (m));                                               \
757 } while (0)
758
759 /* Note: page m's lock must not be owned by the caller. */
760 #define vm_page_xunbusy(m) do {                                         \
761         if (!atomic_cmpset_rel_int(&(m)->busy_lock,                     \
762             VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE, VPB_UNBUSIED))                     \
763                 vm_page_xunbusy_hard(m);                                \
764 } while (0)
765 #define vm_page_xunbusy_unchecked(m) do {                               \
766         if (!atomic_cmpset_rel_int(&(m)->busy_lock,                     \
767             VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE, VPB_UNBUSIED))                     \
768                 vm_page_xunbusy_hard_unchecked(m);                      \
769 } while (0)
770
771 #ifdef INVARIANTS
772 void vm_page_object_busy_assert(vm_page_t m);
773 #define VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m)   vm_page_object_busy_assert(m)
774 void vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint16_t bits);
775 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)                           \
776         vm_page_assert_pga_writeable(m, bits)
777 /*
778  * Claim ownership of a page's xbusy state.  In non-INVARIANTS kernels this
779  * operation is a no-op since ownership is not tracked.  In particular
780  * this macro does not provide any synchronization with the previous owner.
781  */
782 #define vm_page_xbusy_claim(m) do {                                     \
783         u_int _busy_lock;                                               \
784                                                                         \
785         vm_page_assert_xbusied_unchecked((m));                          \
786         do {                                                            \
787                 _busy_lock = vm_page_busy_fetch(m);                     \
788         } while (!atomic_cmpset_int(&(m)->busy_lock, _busy_lock,        \
789             (_busy_lock & VPB_BIT_FLAGMASK) | VPB_CURTHREAD_EXCLUSIVE)); \
790 } while (0)
791 #else
792 #define VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m)   (void)0
793 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)   (void)0
794 #define vm_page_xbusy_claim(m)
795 #endif
796
797 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
798 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     16
799 #else
800 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     0
801 #endif
802
803 /*
804  *      Load a snapshot of a page's 32-bit atomic state.
805  */
806 static inline vm_page_astate_t
807 vm_page_astate_load(vm_page_t m)
808 {
809         vm_page_astate_t a;
810
811         a._bits = atomic_load_32(&m->a._bits);
812         return (a);
813 }
814
815 /*
816  *      Atomically compare and set a page's atomic state.
817  */
818 static inline bool
819 vm_page_astate_fcmpset(vm_page_t m, vm_page_astate_t *old, vm_page_astate_t new)
820 {
821
822         KASSERT(new.queue == PQ_INACTIVE || (new.flags & PGA_REQUEUE_HEAD) == 0,
823             ("%s: invalid head requeue request for page %p", __func__, m));
824         KASSERT((new.flags & PGA_ENQUEUED) == 0 || new.queue != PQ_NONE,
825             ("%s: setting PGA_ENQUEUED with PQ_NONE in page %p", __func__, m));
826         KASSERT(new._bits != old->_bits,
827             ("%s: bits are unchanged", __func__));
828
829         return (atomic_fcmpset_32(&m->a._bits, &old->_bits, new._bits) != 0);
830 }
831
832 /*
833  *      Clear the given bits in the specified page.
834  */
835 static inline void
836 vm_page_aflag_clear(vm_page_t m, uint16_t bits)
837 {
838         uint32_t *addr, val;
839
840         /*
841          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
842          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
843          * within this word are handled properly by the atomic update.
844          */
845         addr = (void *)&m->a;
846         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
847         atomic_clear_32(addr, val);
848 }
849
850 /*
851  *      Set the given bits in the specified page.
852  */
853 static inline void
854 vm_page_aflag_set(vm_page_t m, uint16_t bits)
855 {
856         uint32_t *addr, val;
857
858         VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits);
859
860         /*
861          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
862          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
863          * within this word are handled properly by the atomic update.
864          */
865         addr = (void *)&m->a;
866         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
867         atomic_set_32(addr, val);
868 }
869
870 /*
871  *      vm_page_dirty:
872  *
873  *      Set all bits in the page's dirty field.
874  *
875  *      The object containing the specified page must be locked if the
876  *      call is made from the machine-independent layer.
877  *
878  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
879  */
880 static __inline void
881 vm_page_dirty(vm_page_t m)
882 {
883
884         /* Use vm_page_dirty_KBI() under INVARIANTS to save memory. */
885 #if (defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)) || defined(INVARIANTS)
886         vm_page_dirty_KBI(m);
887 #else
888         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
889 #endif
890 }
891
892 /*
893  *      vm_page_undirty:
894  *
895  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits
896  */
897 static __inline void
898 vm_page_undirty(vm_page_t m)
899 {
900
901         VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
902         m->dirty = 0;
903 }
904
905 static inline uint8_t
906 _vm_page_queue(vm_page_astate_t as)
907 {
908
909         if ((as.flags & PGA_DEQUEUE) != 0)
910                 return (PQ_NONE);
911         return (as.queue);
912 }
913
914 /*
915  *      vm_page_queue:
916  *
917  *      Return the index of the queue containing m.
918  */
919 static inline uint8_t
920 vm_page_queue(vm_page_t m)
921 {
922
923         return (_vm_page_queue(vm_page_astate_load(m)));
924 }
925
926 static inline bool
927 vm_page_active(vm_page_t m)
928 {
929
930         return (vm_page_queue(m) == PQ_ACTIVE);
931 }
932
933 static inline bool
934 vm_page_inactive(vm_page_t m)
935 {
936
937         return (vm_page_queue(m) == PQ_INACTIVE);
938 }
939
940 static inline bool
941 vm_page_in_laundry(vm_page_t m)
942 {
943         uint8_t queue;
944
945         queue = vm_page_queue(m);
946         return (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE);
947 }
948
949 /*
950  *      vm_page_drop:
951  *
952  *      Release a reference to a page and return the old reference count.
953  */
954 static inline u_int
955 vm_page_drop(vm_page_t m, u_int val)
956 {
957         u_int old;
958
959         /*
960          * Synchronize with vm_page_free_prep(): ensure that all updates to the
961          * page structure are visible before it is freed.
962          */
963         atomic_thread_fence_rel();
964         old = atomic_fetchadd_int(&m->ref_count, -val);
965         KASSERT(old != VPRC_BLOCKED,
966             ("vm_page_drop: page %p has an invalid refcount value", m));
967         return (old);
968 }
969
970 /*
971  *      vm_page_wired:
972  *
973  *      Perform a racy check to determine whether a reference prevents the page
974  *      from being reclaimable.  If the page's object is locked, and the page is
975  *      unmapped and exclusively busied by the current thread, no new wirings
976  *      may be created.
977  */
978 static inline bool
979 vm_page_wired(vm_page_t m)
980 {
981
982         return (VPRC_WIRE_COUNT(m->ref_count) > 0);
983 }
984
985 static inline bool
986 vm_page_all_valid(vm_page_t m)
987 {
988
989         return (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL);
990 }
991
992 static inline bool
993 vm_page_none_valid(vm_page_t m)
994 {
995
996         return (m->valid == 0);
997 }
998
999 #endif                          /* _KERNEL */
1000 #endif                          /* !_VM_PAGE_ */