]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.h
Merge ^/head r352587 through r352763.
[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 the lock on the
96  *      object that the page belongs to (O), the page lock (P),
97  *      the per-domain lock for the free queues (F), or the page's queue
98  *      lock (Q).  The physical address of a page is used to select its page
99  *      lock from a pool.  The queue lock for a page depends on the value of
100  *      its queue field and described in detail below.  If a field is
101  *      annotated below with two of these locks, then holding either lock is
102  *      sufficient for read access, but both locks are required for write
103  *      access.  An annotation of (C) indicates that the field is immutable.
104  *      An annotation of (A) indicates that modifications to the field must
105  *      be atomic.  Accesses to such fields may require additional
106  *      synchronization depending on the context.
107  *
108  *      In contrast, the synchronization of accesses to the page's
109  *      dirty field is machine dependent (M).  In the
110  *      machine-independent layer, the lock on the object that the
111  *      page belongs to must be held in order to operate on the field.
112  *      However, the pmap layer is permitted to set all bits within
113  *      the field without holding that lock.  If the underlying
114  *      architecture does not support atomic read-modify-write
115  *      operations on the field's type, then the machine-independent
116  *      layer uses a 32-bit atomic on the aligned 32-bit word that
117  *      contains the dirty field.  In the machine-independent layer,
118  *      the implementation of read-modify-write operations on the
119  *      field is encapsulated in vm_page_clear_dirty_mask().
120  *
121  *      The ref_count field tracks references to the page.  References that
122  *      prevent the page from being reclaimable are called wirings and are
123  *      counted in the low bits of ref_count.  The containing object's
124  *      reference, if one exists, is counted using the VPRC_OBJREF bit in the
125  *      ref_count field.  Additionally, the VPRC_BLOCKED bit is used to
126  *      atomically check for wirings and prevent new wirings via
127  *      pmap_extract_and_hold().  When a page belongs to an object, it may be
128  *      wired only when the object is locked, or the page is busy, or by
129  *      pmap_extract_and_hold().  As a result, if the object is locked and the
130  *      page is not busy (or is exclusively busied by the current thread), and
131  *      the page is unmapped, its wire count will not increase.  The ref_count
132  *      field is updated using atomic operations in most cases, except when it
133  *      is known that no other references to the page exist, such as in the page
134  *      allocator.  A page may be present in the page queues, or even actively
135  *      scanned by the page daemon, without an explicitly counted referenced.
136  *      The page daemon must therefore handle the possibility of a concurrent
137  *      free of the page.
138  *
139  *      The busy lock is an embedded reader-writer lock which protects the
140  *      page's contents and identity (i.e., its <object, pindex> tuple) and
141  *      interlocks with the object lock (O).  In particular, a page may be
142  *      busied or unbusied only with the object write lock held.  To avoid
143  *      bloating the page structure, the busy lock lacks some of the
144  *      features available to the kernel's general-purpose synchronization
145  *      primitives.  As a result, busy lock ordering rules are not verified,
146  *      lock recursion is not detected, and an attempt to xbusy a busy page
147  *      or sbusy an xbusy page results will trigger a panic rather than
148  *      causing the thread to block.  vm_page_sleep_if_busy() can be used to
149  *      sleep until the page's busy state changes, after which the caller
150  *      must re-lookup the page and re-evaluate its state.
151  *
152  *      The queue field is the index of the page queue containing the page,
153  *      or PQ_NONE if the page is not enqueued.  The queue lock of a page is
154  *      the page queue lock corresponding to the page queue index, or the
155  *      page lock (P) for the page if it is not enqueued.  To modify the
156  *      queue field, the queue lock for the old value of the field must be
157  *      held.  There is one exception to this rule: the page daemon may
158  *      transition the queue field from PQ_INACTIVE to PQ_NONE immediately
159  *      prior to freeing a page during an inactive queue scan.  At that
160  *      point the page has already been physically dequeued and no other
161  *      references to that vm_page structure exist.
162  *
163  *      To avoid contention on page queue locks, page queue operations
164  *      (enqueue, dequeue, requeue) are batched using per-CPU queues.  A
165  *      deferred operation is requested by inserting an entry into a batch
166  *      queue; the entry is simply a pointer to the page, and the request
167  *      type is encoded in the page's aflags field using the values in
168  *      PGA_QUEUE_STATE_MASK.  The type-stability of struct vm_pages is
169  *      crucial to this scheme since the processing of entries in a given
170  *      batch queue may be deferred indefinitely.  In particular, a page may
171  *      be freed before its pending batch queue entries have been processed.
172  *      The page lock (P) must be held to schedule a batched queue
173  *      operation, and the page queue lock must be held in order to process
174  *      batch queue entries for the page queue.  There is one exception to
175  *      this rule: the thread freeing a page may schedule a dequeue without
176  *      holding the page lock.  In this scenario the only other thread which
177  *      may hold a reference to the page is the page daemon, which is
178  *      careful to avoid modifying the page's queue state once the dequeue
179  *      has been requested by setting PGA_DEQUEUE.
180  */
181
182 #if PAGE_SIZE == 4096
183 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffu
184 typedef uint8_t vm_page_bits_t;
185 #elif PAGE_SIZE == 8192
186 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffu
187 typedef uint16_t vm_page_bits_t;
188 #elif PAGE_SIZE == 16384
189 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffffffu
190 typedef uint32_t vm_page_bits_t;
191 #elif PAGE_SIZE == 32768
192 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xfffffffffffffffflu
193 typedef uint64_t vm_page_bits_t;
194 #endif
195
196 struct vm_page {
197         union {
198                 TAILQ_ENTRY(vm_page) q; /* page queue or free list (Q) */
199                 struct {
200                         SLIST_ENTRY(vm_page) ss; /* private slists */
201                         void *pv;
202                 } s;
203                 struct {
204                         u_long p;
205                         u_long v;
206                 } memguard;
207         } plinks;
208         TAILQ_ENTRY(vm_page) listq;     /* pages in same object (O) */
209         vm_object_t object;             /* which object am I in (O) */
210         vm_pindex_t pindex;             /* offset into object (O,P) */
211         vm_paddr_t phys_addr;           /* physical address of page (C) */
212         struct md_page md;              /* machine dependent stuff */
213         u_int ref_count;                /* page references (A) */
214         volatile u_int busy_lock;       /* busy owners lock */
215         uint16_t flags;                 /* page PG_* flags (P) */
216         uint8_t order;                  /* index of the buddy queue (F) */
217         uint8_t pool;                   /* vm_phys freepool index (F) */
218         uint8_t aflags;                 /* access is atomic */
219         uint8_t oflags;                 /* page VPO_* flags (O) */
220         uint8_t queue;                  /* page queue index (Q) */
221         int8_t psind;                   /* pagesizes[] index (O) */
222         int8_t segind;                  /* vm_phys segment index (C) */
223         u_char  act_count;              /* page usage count (P) */
224         /* NOTE that these must support one bit per DEV_BSIZE in a page */
225         /* so, on normal X86 kernels, they must be at least 8 bits wide */
226         vm_page_bits_t valid;           /* map of valid DEV_BSIZE chunks (O) */
227         vm_page_bits_t dirty;           /* map of dirty DEV_BSIZE chunks (M) */
228 };
229
230 /*
231  * Special bits used in the ref_count field.
232  *
233  * ref_count is normally used to count wirings that prevent the page from being
234  * reclaimed, but also supports several special types of references that do not
235  * prevent reclamation.  Accesses to the ref_count field must be atomic unless
236  * the page is unallocated.
237  *
238  * VPRC_OBJREF is the reference held by the containing object.  It can set or
239  * cleared only when the corresponding object's write lock is held.
240  *
241  * VPRC_BLOCKED is used to atomically block wirings via pmap lookups while
242  * attempting to tear down all mappings of a given page.  The page lock and
243  * object write lock must both be held in order to set or clear this bit.
244  */
245 #define VPRC_BLOCKED    0x40000000u     /* mappings are being removed */
246 #define VPRC_OBJREF     0x80000000u     /* object reference, cleared with (O) */
247 #define VPRC_WIRE_COUNT(c)      ((c) & ~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
248 #define VPRC_WIRE_COUNT_MAX     (~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
249
250 /*
251  * Page flags stored in oflags:
252  *
253  * Access to these page flags is synchronized by the lock on the object
254  * containing the page (O).
255  *
256  * Note: VPO_UNMANAGED (used by OBJT_DEVICE, OBJT_PHYS and OBJT_SG)
257  *       indicates that the page is not under PV management but
258  *       otherwise should be treated as a normal page.  Pages not
259  *       under PV management cannot be paged out via the
260  *       object/vm_page_t because there is no knowledge of their pte
261  *       mappings, and such pages are also not on any PQ queue.
262  *
263  */
264 #define VPO_KMEM_EXEC   0x01            /* kmem mapping allows execution */
265 #define VPO_SWAPSLEEP   0x02            /* waiting for swap to finish */
266 #define VPO_UNMANAGED   0x04            /* no PV management for page */
267 #define VPO_SWAPINPROG  0x08            /* swap I/O in progress on page */
268 #define VPO_NOSYNC      0x10            /* do not collect for syncer */
269
270 /*
271  * Busy page implementation details.
272  * The algorithm is taken mostly by rwlock(9) and sx(9) locks implementation,
273  * even if the support for owner identity is removed because of size
274  * constraints.  Checks on lock recursion are then not possible, while the
275  * lock assertions effectiveness is someway reduced.
276  */
277 #define VPB_BIT_SHARED          0x01
278 #define VPB_BIT_EXCLUSIVE       0x02
279 #define VPB_BIT_WAITERS         0x04
280 #define VPB_BIT_FLAGMASK                                                \
281         (VPB_BIT_SHARED | VPB_BIT_EXCLUSIVE | VPB_BIT_WAITERS)
282
283 #define VPB_SHARERS_SHIFT       3
284 #define VPB_SHARERS(x)                                                  \
285         (((x) & ~VPB_BIT_FLAGMASK) >> VPB_SHARERS_SHIFT)
286 #define VPB_SHARERS_WORD(x)     ((x) << VPB_SHARERS_SHIFT | VPB_BIT_SHARED)
287 #define VPB_ONE_SHARER          (1 << VPB_SHARERS_SHIFT)
288
289 #define VPB_SINGLE_EXCLUSIVER   VPB_BIT_EXCLUSIVE
290
291 #define VPB_UNBUSIED            VPB_SHARERS_WORD(0)
292
293 #define PQ_NONE         255
294 #define PQ_INACTIVE     0
295 #define PQ_ACTIVE       1
296 #define PQ_LAUNDRY      2
297 #define PQ_UNSWAPPABLE  3
298 #define PQ_COUNT        4
299
300 #ifndef VM_PAGE_HAVE_PGLIST
301 TAILQ_HEAD(pglist, vm_page);
302 #define VM_PAGE_HAVE_PGLIST
303 #endif
304 SLIST_HEAD(spglist, vm_page);
305
306 #ifdef _KERNEL
307 extern vm_page_t bogus_page;
308 #endif  /* _KERNEL */
309
310 extern struct mtx_padalign pa_lock[];
311
312 #if defined(__arm__)
313 #define PDRSHIFT        PDR_SHIFT
314 #elif !defined(PDRSHIFT)
315 #define PDRSHIFT        21
316 #endif
317
318 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
319 #define PA_LOCKPTR(pa)  ((struct mtx *)(&pa_lock[pa_index(pa) % PA_LOCK_COUNT]))
320 #define PA_LOCKOBJPTR(pa)       ((struct lock_object *)PA_LOCKPTR((pa)))
321 #define PA_LOCK(pa)     mtx_lock(PA_LOCKPTR(pa))
322 #define PA_TRYLOCK(pa)  mtx_trylock(PA_LOCKPTR(pa))
323 #define PA_UNLOCK(pa)   mtx_unlock(PA_LOCKPTR(pa))
324 #define PA_UNLOCK_COND(pa)                      \
325         do {                                    \
326                 if ((pa) != 0) {                \
327                         PA_UNLOCK((pa));        \
328                         (pa) = 0;               \
329                 }                               \
330         } while (0)
331
332 #define PA_LOCK_ASSERT(pa, a)   mtx_assert(PA_LOCKPTR(pa), (a))
333
334 #if defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)
335 #define vm_page_lock(m)         vm_page_lock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
336 #define vm_page_unlock(m)       vm_page_unlock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
337 #define vm_page_trylock(m)      vm_page_trylock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
338 #else   /* !KLD_MODULE */
339 #define vm_page_lockptr(m)      (PA_LOCKPTR(VM_PAGE_TO_PHYS((m))))
340 #define vm_page_lock(m)         mtx_lock(vm_page_lockptr((m)))
341 #define vm_page_unlock(m)       mtx_unlock(vm_page_lockptr((m)))
342 #define vm_page_trylock(m)      mtx_trylock(vm_page_lockptr((m)))
343 #endif
344 #if defined(INVARIANTS)
345 #define vm_page_assert_locked(m)                \
346     vm_page_assert_locked_KBI((m), __FILE__, __LINE__)
347 #define vm_page_lock_assert(m, a)               \
348     vm_page_lock_assert_KBI((m), (a), __FILE__, __LINE__)
349 #else
350 #define vm_page_assert_locked(m)
351 #define vm_page_lock_assert(m, a)
352 #endif
353
354 /*
355  * The vm_page's aflags are updated using atomic operations.  To set or clear
356  * these flags, the functions vm_page_aflag_set() and vm_page_aflag_clear()
357  * must be used.  Neither these flags nor these functions are part of the KBI.
358  *
359  * PGA_REFERENCED may be cleared only if the page is locked.  It is set by
360  * both the MI and MD VM layers.  However, kernel loadable modules should not
361  * directly set this flag.  They should call vm_page_reference() instead.
362  *
363  * PGA_WRITEABLE is set exclusively on managed pages by pmap_enter().
364  * When it does so, the object must be locked, or the page must be
365  * exclusive busied.  The MI VM layer must never access this flag
366  * directly.  Instead, it should call pmap_page_is_write_mapped().
367  *
368  * PGA_EXECUTABLE may be set by pmap routines, and indicates that a page has
369  * at least one executable mapping.  It is not consumed by the MI VM layer.
370  *
371  * PGA_ENQUEUED is set and cleared when a page is inserted into or removed
372  * from a page queue, respectively.  It determines whether the plinks.q field
373  * of the page is valid.  To set or clear this flag, the queue lock for the
374  * page must be held: the page queue lock corresponding to the page's "queue"
375  * field if its value is not PQ_NONE, and the page lock otherwise.
376  *
377  * PGA_DEQUEUE is set when the page is scheduled to be dequeued from a page
378  * queue, and cleared when the dequeue request is processed.  A page may
379  * have PGA_DEQUEUE set and PGA_ENQUEUED cleared, for instance if a dequeue
380  * is requested after the page is scheduled to be enqueued but before it is
381  * actually inserted into the page queue.  For allocated pages, the page lock
382  * must be held to set this flag, but it may be set by vm_page_free_prep()
383  * without the page lock held.  The page queue lock must be held to clear the
384  * PGA_DEQUEUE flag.
385  *
386  * PGA_REQUEUE is set when the page is scheduled to be enqueued or requeued
387  * in its page queue.  The page lock must be held to set this flag, and the
388  * queue lock for the page must be held to clear it.
389  *
390  * PGA_REQUEUE_HEAD is a special flag for enqueuing pages near the head of
391  * the inactive queue, thus bypassing LRU.  The page lock must be held to
392  * set this flag, and the queue lock for the page must be held to clear it.
393  */
394 #define PGA_WRITEABLE   0x01            /* page may be mapped writeable */
395 #define PGA_REFERENCED  0x02            /* page has been referenced */
396 #define PGA_EXECUTABLE  0x04            /* page may be mapped executable */
397 #define PGA_ENQUEUED    0x08            /* page is enqueued in a page queue */
398 #define PGA_DEQUEUE     0x10            /* page is due to be dequeued */
399 #define PGA_REQUEUE     0x20            /* page is due to be requeued */
400 #define PGA_REQUEUE_HEAD 0x40           /* page requeue should bypass LRU */
401
402 #define PGA_QUEUE_STATE_MASK    (PGA_ENQUEUED | PGA_DEQUEUE | PGA_REQUEUE | \
403                                 PGA_REQUEUE_HEAD)
404
405 /*
406  * Page flags.  If changed at any other time than page allocation or
407  * freeing, the modification must be protected by the vm_page lock.
408  *
409  * The PG_PCPU_CACHE flag is set at allocation time if the page was
410  * allocated from a per-CPU cache.  It is cleared the next time that the
411  * page is allocated from the physical memory allocator.
412  */
413 #define PG_PCPU_CACHE   0x0001          /* was allocated from per-CPU caches */
414 #define PG_FICTITIOUS   0x0004          /* physical page doesn't exist */
415 #define PG_ZERO         0x0008          /* page is zeroed */
416 #define PG_MARKER       0x0010          /* special queue marker page */
417 #define PG_NODUMP       0x0080          /* don't include this page in a dump */
418
419 /*
420  * Misc constants.
421  */
422 #define ACT_DECLINE             1
423 #define ACT_ADVANCE             3
424 #define ACT_INIT                5
425 #define ACT_MAX                 64
426
427 #ifdef _KERNEL
428
429 #include <sys/systm.h>
430
431 #include <machine/atomic.h>
432
433 /*
434  * Each pageable resident page falls into one of five lists:
435  *
436  *      free
437  *              Available for allocation now.
438  *
439  *      inactive
440  *              Low activity, candidates for reclamation.
441  *              This list is approximately LRU ordered.
442  *
443  *      laundry
444  *              This is the list of pages that should be
445  *              paged out next.
446  *
447  *      unswappable
448  *              Dirty anonymous pages that cannot be paged
449  *              out because no swap device is configured.
450  *
451  *      active
452  *              Pages that are "active", i.e., they have been
453  *              recently referenced.
454  *
455  */
456
457 extern vm_page_t vm_page_array;         /* First resident page in table */
458 extern long vm_page_array_size;         /* number of vm_page_t's */
459 extern long first_page;                 /* first physical page number */
460
461 #define VM_PAGE_TO_PHYS(entry)  ((entry)->phys_addr)
462
463 /*
464  * PHYS_TO_VM_PAGE() returns the vm_page_t object that represents a memory
465  * page to which the given physical address belongs. The correct vm_page_t
466  * object is returned for addresses that are not page-aligned.
467  */
468 vm_page_t PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa);
469
470 /*
471  * Page allocation parameters for vm_page for the functions
472  * vm_page_alloc(), vm_page_grab(), vm_page_alloc_contig() and
473  * vm_page_alloc_freelist().  Some functions support only a subset
474  * of the flags, and ignore others, see the flags legend.
475  *
476  * The meaning of VM_ALLOC_ZERO differs slightly between the vm_page_alloc*()
477  * and the vm_page_grab*() functions.  See these functions for details.
478  *
479  * Bits 0 - 1 define class.
480  * Bits 2 - 15 dedicated for flags.
481  * Legend:
482  * (a) - vm_page_alloc() supports the flag.
483  * (c) - vm_page_alloc_contig() supports the flag.
484  * (f) - vm_page_alloc_freelist() supports the flag.
485  * (g) - vm_page_grab() supports the flag.
486  * (p) - vm_page_grab_pages() supports the flag.
487  * Bits above 15 define the count of additional pages that the caller
488  * intends to allocate.
489  */
490 #define VM_ALLOC_NORMAL         0
491 #define VM_ALLOC_INTERRUPT      1
492 #define VM_ALLOC_SYSTEM         2
493 #define VM_ALLOC_CLASS_MASK     3
494 #define VM_ALLOC_WAITOK         0x0008  /* (acf) Sleep and retry */
495 #define VM_ALLOC_WAITFAIL       0x0010  /* (acf) Sleep and return error */
496 #define VM_ALLOC_WIRED          0x0020  /* (acfgp) Allocate a wired page */
497 #define VM_ALLOC_ZERO           0x0040  /* (acfgp) Allocate a prezeroed page */
498 #define VM_ALLOC_NOOBJ          0x0100  /* (acg) No associated object */
499 #define VM_ALLOC_NOBUSY         0x0200  /* (acgp) Do not excl busy the page */
500 #define VM_ALLOC_NOCREAT        0x0400  /* (gp) Don't create a page */
501 #define VM_ALLOC_IGN_SBUSY      0x1000  /* (gp) Ignore shared busy flag */
502 #define VM_ALLOC_NODUMP         0x2000  /* (ag) don't include in dump */
503 #define VM_ALLOC_SBUSY          0x4000  /* (acgp) Shared busy the page */
504 #define VM_ALLOC_NOWAIT         0x8000  /* (acfgp) Do not sleep */
505 #define VM_ALLOC_COUNT_SHIFT    16
506 #define VM_ALLOC_COUNT(count)   ((count) << VM_ALLOC_COUNT_SHIFT)
507
508 #ifdef M_NOWAIT
509 static inline int
510 malloc2vm_flags(int malloc_flags)
511 {
512         int pflags;
513
514         KASSERT((malloc_flags & M_USE_RESERVE) == 0 ||
515             (malloc_flags & M_NOWAIT) != 0,
516             ("M_USE_RESERVE requires M_NOWAIT"));
517         pflags = (malloc_flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
518             VM_ALLOC_SYSTEM;
519         if ((malloc_flags & M_ZERO) != 0)
520                 pflags |= VM_ALLOC_ZERO;
521         if ((malloc_flags & M_NODUMP) != 0)
522                 pflags |= VM_ALLOC_NODUMP;
523         if ((malloc_flags & M_NOWAIT))
524                 pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
525         if ((malloc_flags & M_WAITOK))
526                 pflags |= VM_ALLOC_WAITOK;
527         return (pflags);
528 }
529 #endif
530
531 /*
532  * Predicates supported by vm_page_ps_test():
533  *
534  *      PS_ALL_DIRTY is true only if the entire (super)page is dirty.
535  *      However, it can be spuriously false when the (super)page has become
536  *      dirty in the pmap but that information has not been propagated to the
537  *      machine-independent layer.
538  */
539 #define PS_ALL_DIRTY    0x1
540 #define PS_ALL_VALID    0x2
541 #define PS_NONE_BUSY    0x4
542
543 int vm_page_busy_acquire(vm_page_t m, int allocflags);
544 void vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m);
545 void vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *msg, bool nonshared);
546 void vm_page_free(vm_page_t m);
547 void vm_page_free_zero(vm_page_t m);
548
549 void vm_page_activate (vm_page_t);
550 void vm_page_advise(vm_page_t m, int advice);
551 vm_page_t vm_page_alloc(vm_object_t, vm_pindex_t, int);
552 vm_page_t vm_page_alloc_domain(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int);
553 vm_page_t vm_page_alloc_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, vm_page_t);
554 vm_page_t vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int,
555     vm_page_t);
556 vm_page_t vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
557     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
558     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr);
559 vm_page_t vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object,
560     vm_pindex_t pindex, int domain, int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
561     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
562     vm_memattr_t memattr);
563 vm_page_t vm_page_alloc_freelist(int, int);
564 vm_page_t vm_page_alloc_freelist_domain(int, int, int);
565 bool vm_page_blacklist_add(vm_paddr_t pa, bool verbose);
566 void vm_page_change_lock(vm_page_t m, struct mtx **mtx);
567 vm_page_t vm_page_grab (vm_object_t, vm_pindex_t, int);
568 int vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
569     vm_page_t *ma, int count);
570 int vm_page_grab_valid(vm_page_t *mp, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
571     int allocflags);
572 void vm_page_deactivate(vm_page_t);
573 void vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t);
574 void vm_page_dequeue(vm_page_t m);
575 void vm_page_dequeue_deferred(vm_page_t m);
576 vm_page_t vm_page_find_least(vm_object_t, vm_pindex_t);
577 bool vm_page_free_prep(vm_page_t m);
578 vm_page_t vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
579 void vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
580 int vm_page_insert (vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
581 void vm_page_launder(vm_page_t m);
582 vm_page_t vm_page_lookup (vm_object_t, vm_pindex_t);
583 vm_page_t vm_page_next(vm_page_t m);
584 int vm_page_pa_tryrelock(pmap_t, vm_paddr_t, vm_paddr_t *);
585 void vm_page_pqbatch_drain(void);
586 void vm_page_pqbatch_submit(vm_page_t m, uint8_t queue);
587 vm_page_t vm_page_prev(vm_page_t m);
588 bool vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m);
589 void vm_page_putfake(vm_page_t m);
590 void vm_page_readahead_finish(vm_page_t m);
591 bool vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
592     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
593 bool vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
594     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
595 void vm_page_reference(vm_page_t m);
596 #define VPR_TRYFREE     0x01
597 #define VPR_NOREUSE     0x02
598 void vm_page_release(vm_page_t m, int flags);
599 void vm_page_release_locked(vm_page_t m, int flags);
600 bool vm_page_remove(vm_page_t);
601 int vm_page_rename(vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
602 vm_page_t vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object,
603     vm_pindex_t pindex);
604 void vm_page_requeue(vm_page_t m);
605 int vm_page_sbusied(vm_page_t m);
606 vm_page_t vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start,
607     vm_page_t m_end, u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options);
608 void vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size);
609 int vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg);
610 int vm_page_sleep_if_xbusy(vm_page_t m, const char *msg);
611 vm_offset_t vm_page_startup(vm_offset_t vaddr);
612 void vm_page_sunbusy(vm_page_t m);
613 void vm_page_swapqueue(vm_page_t m, uint8_t oldq, uint8_t newq);
614 bool vm_page_try_remove_all(vm_page_t m);
615 bool vm_page_try_remove_write(vm_page_t m);
616 int vm_page_trysbusy(vm_page_t m);
617 void vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count);
618 void vm_page_unswappable(vm_page_t m);
619 void vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue);
620 bool vm_page_unwire_noq(vm_page_t m);
621 void vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
622 void vm_page_wire(vm_page_t);
623 bool vm_page_wire_mapped(vm_page_t m);
624 void vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m);
625 void vm_page_set_validclean (vm_page_t, int, int);
626 void vm_page_clear_dirty (vm_page_t, int, int);
627 void vm_page_set_invalid (vm_page_t, int, int);
628 int vm_page_is_valid (vm_page_t, int, int);
629 void vm_page_test_dirty (vm_page_t);
630 vm_page_bits_t vm_page_bits(int base, int size);
631 void vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid);
632 void vm_page_free_toq(vm_page_t m);
633 void vm_page_free_pages_toq(struct spglist *free, bool update_wire_count);
634
635 void vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m);
636 void vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
637 void vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
638 int vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
639 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
640 void vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
641 void vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line);
642 #endif
643
644 #define vm_page_assert_sbusied(m)                                       \
645         KASSERT(vm_page_sbusied(m),                                     \
646             ("vm_page_assert_sbusied: page %p not shared busy @ %s:%d", \
647             (m), __FILE__, __LINE__))
648
649 #define vm_page_assert_unbusied(m)                                      \
650         KASSERT(!vm_page_busied(m),                                     \
651             ("vm_page_assert_unbusied: page %p busy @ %s:%d",           \
652             (m), __FILE__, __LINE__))
653
654 #define vm_page_assert_xbusied(m)                                       \
655         KASSERT(vm_page_xbusied(m),                                     \
656             ("vm_page_assert_xbusied: page %p not exclusive busy @ %s:%d", \
657             (m), __FILE__, __LINE__))
658
659 #define vm_page_busied(m)                                               \
660         ((m)->busy_lock != VPB_UNBUSIED)
661
662 #define vm_page_sbusy(m) do {                                           \
663         if (!vm_page_trysbusy(m))                                       \
664                 panic("%s: page %p failed shared busying", __func__,    \
665                     (m));                                               \
666 } while (0)
667
668 #define vm_page_tryxbusy(m)                                             \
669         (atomic_cmpset_acq_int(&(m)->busy_lock, VPB_UNBUSIED,           \
670             VPB_SINGLE_EXCLUSIVER))
671
672 #define vm_page_xbusied(m)                                              \
673         (((m)->busy_lock & VPB_SINGLE_EXCLUSIVER) != 0)
674
675 #define vm_page_xbusy(m) do {                                           \
676         if (!vm_page_tryxbusy(m))                                       \
677                 panic("%s: page %p failed exclusive busying", __func__, \
678                     (m));                                               \
679 } while (0)
680
681 /* Note: page m's lock must not be owned by the caller. */
682 #define vm_page_xunbusy(m) do {                                         \
683         if (!atomic_cmpset_rel_int(&(m)->busy_lock,                     \
684             VPB_SINGLE_EXCLUSIVER, VPB_UNBUSIED))                       \
685                 vm_page_xunbusy_hard(m);                                \
686 } while (0)
687
688 #ifdef INVARIANTS
689 void vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m);
690 #define VM_PAGE_OBJECT_LOCK_ASSERT(m)   vm_page_object_lock_assert(m)
691 void vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits);
692 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)                           \
693         vm_page_assert_pga_writeable(m, bits)
694 #else
695 #define VM_PAGE_OBJECT_LOCK_ASSERT(m)   (void)0
696 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)   (void)0
697 #endif
698
699 /*
700  * We want to use atomic updates for the aflags field, which is 8 bits wide.
701  * However, not all architectures support atomic operations on 8-bit
702  * destinations.  In order that we can easily use a 32-bit operation, we
703  * require that the aflags field be 32-bit aligned.
704  */
705 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, aflags) % sizeof(uint32_t) == 0,
706     "aflags field is not 32-bit aligned");
707
708 /*
709  * We want to be able to update the aflags and queue fields atomically in
710  * the same operation.
711  */
712 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, aflags) / sizeof(uint32_t) ==
713     offsetof(struct vm_page, queue) / sizeof(uint32_t),
714     "aflags and queue fields do not belong to the same 32-bit word");
715 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, queue) % sizeof(uint32_t) == 2,
716     "queue field is at an unexpected offset");
717 _Static_assert(sizeof(((struct vm_page *)NULL)->queue) == 1,
718     "queue field has an unexpected size");
719
720 #if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN
721 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     0
722 #define VM_PAGE_QUEUE_SHIFT     16
723 #else
724 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     24
725 #define VM_PAGE_QUEUE_SHIFT     8
726 #endif
727 #define VM_PAGE_QUEUE_MASK      (0xff << VM_PAGE_QUEUE_SHIFT)
728
729 /*
730  *      Clear the given bits in the specified page.
731  */
732 static inline void
733 vm_page_aflag_clear(vm_page_t m, uint8_t bits)
734 {
735         uint32_t *addr, val;
736
737         /*
738          * The PGA_REFERENCED flag can only be cleared if the page is locked.
739          */
740         if ((bits & PGA_REFERENCED) != 0)
741                 vm_page_assert_locked(m);
742
743         /*
744          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
745          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
746          * within this word are handled properly by the atomic update.
747          */
748         addr = (void *)&m->aflags;
749         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
750         atomic_clear_32(addr, val);
751 }
752
753 /*
754  *      Set the given bits in the specified page.
755  */
756 static inline void
757 vm_page_aflag_set(vm_page_t m, uint8_t bits)
758 {
759         uint32_t *addr, val;
760
761         VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits);
762
763         /*
764          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
765          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
766          * within this word are handled properly by the atomic update.
767          */
768         addr = (void *)&m->aflags;
769         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
770         atomic_set_32(addr, val);
771 }
772
773 /*
774  *      Atomically update the queue state of the page.  The operation fails if
775  *      any of the queue flags in "fflags" are set or if the "queue" field of
776  *      the page does not match the expected value; if the operation is
777  *      successful, the flags in "nflags" are set and all other queue state
778  *      flags are cleared.
779  */
780 static inline bool
781 vm_page_pqstate_cmpset(vm_page_t m, uint32_t oldq, uint32_t newq,
782     uint32_t fflags, uint32_t nflags)
783 {
784         uint32_t *addr, nval, oval, qsmask;
785
786         fflags <<= VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
787         nflags <<= VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
788         newq <<= VM_PAGE_QUEUE_SHIFT;
789         oldq <<= VM_PAGE_QUEUE_SHIFT;
790         qsmask = ((PGA_DEQUEUE | PGA_REQUEUE | PGA_REQUEUE_HEAD) <<
791             VM_PAGE_AFLAG_SHIFT) | VM_PAGE_QUEUE_MASK;
792
793         addr = (void *)&m->aflags;
794         oval = atomic_load_32(addr);
795         do {
796                 if ((oval & fflags) != 0)
797                         return (false);
798                 if ((oval & VM_PAGE_QUEUE_MASK) != oldq)
799                         return (false);
800                 nval = (oval & ~qsmask) | nflags | newq;
801         } while (!atomic_fcmpset_32(addr, &oval, nval));
802
803         return (true);
804 }
805
806 /*
807  *      vm_page_dirty:
808  *
809  *      Set all bits in the page's dirty field.
810  *
811  *      The object containing the specified page must be locked if the
812  *      call is made from the machine-independent layer.
813  *
814  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
815  */
816 static __inline void
817 vm_page_dirty(vm_page_t m)
818 {
819
820         /* Use vm_page_dirty_KBI() under INVARIANTS to save memory. */
821 #if (defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)) || defined(INVARIANTS)
822         vm_page_dirty_KBI(m);
823 #else
824         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
825 #endif
826 }
827
828 /*
829  *      vm_page_undirty:
830  *
831  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits
832  */
833 static __inline void
834 vm_page_undirty(vm_page_t m)
835 {
836
837         VM_PAGE_OBJECT_LOCK_ASSERT(m);
838         m->dirty = 0;
839 }
840
841 static inline void
842 vm_page_replace_checked(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
843     vm_page_t mold)
844 {
845         vm_page_t mret;
846
847         mret = vm_page_replace(mnew, object, pindex);
848         KASSERT(mret == mold,
849             ("invalid page replacement, mold=%p, mret=%p", mold, mret));
850
851         /* Unused if !INVARIANTS. */
852         (void)mold;
853         (void)mret;
854 }
855
856 /*
857  *      vm_page_queue:
858  *
859  *      Return the index of the queue containing m.  This index is guaranteed
860  *      not to change while the page lock is held.
861  */
862 static inline uint8_t
863 vm_page_queue(vm_page_t m)
864 {
865
866         vm_page_assert_locked(m);
867
868         if ((m->aflags & PGA_DEQUEUE) != 0)
869                 return (PQ_NONE);
870         atomic_thread_fence_acq();
871         return (m->queue);
872 }
873
874 static inline bool
875 vm_page_active(vm_page_t m)
876 {
877
878         return (vm_page_queue(m) == PQ_ACTIVE);
879 }
880
881 static inline bool
882 vm_page_inactive(vm_page_t m)
883 {
884
885         return (vm_page_queue(m) == PQ_INACTIVE);
886 }
887
888 static inline bool
889 vm_page_in_laundry(vm_page_t m)
890 {
891         uint8_t queue;
892
893         queue = vm_page_queue(m);
894         return (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE);
895 }
896
897 /*
898  *      vm_page_drop:
899  *
900  *      Release a reference to a page and return the old reference count.
901  */
902 static inline u_int
903 vm_page_drop(vm_page_t m, u_int val)
904 {
905         u_int old;
906
907         /*
908          * Synchronize with vm_page_free_prep(): ensure that all updates to the
909          * page structure are visible before it is freed.
910          */
911         atomic_thread_fence_rel();
912         old = atomic_fetchadd_int(&m->ref_count, -val);
913         KASSERT(old != VPRC_BLOCKED,
914             ("vm_page_drop: page %p has an invalid refcount value", m));
915         return (old);
916 }
917
918 /*
919  *      vm_page_wired:
920  *
921  *      Perform a racy check to determine whether a reference prevents the page
922  *      from being reclaimable.  If the page's object is locked, and the page is
923  *      unmapped and unbusied or exclusively busied by the current thread, no
924  *      new wirings may be created.
925  */
926 static inline bool
927 vm_page_wired(vm_page_t m)
928 {
929
930         return (VPRC_WIRE_COUNT(m->ref_count) > 0);
931 }
932
933 #endif                          /* _KERNEL */
934 #endif                          /* !_VM_PAGE_ */