]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_page.h
Import libxo-1.3.0:
[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 is atomic and may require additional synchronization.
104  *      (B) the page busy lock.
105  *      (C) the field is immutable.
106  *      (F) the per-domain lock for the free queues
107  *      (M) Machine dependent, defined by pmap layer.
108  *      (O) the object that the page belongs to.
109  *      (P) the page lock.
110  *      (Q) the page's queue lock.
111  *
112  *      The busy lock is an embedded reader-writer lock that protects the
113  *      page's contents and identity (i.e., its <object, pindex> tuple) as
114  *      well as certain valid/dirty modifications.  To avoid bloating the
115  *      the page structure, the busy lock lacks some of the features available
116  *      the kernel's general-purpose synchronization primitives.  As a result,
117  *      busy lock ordering rules are not verified, lock recursion is not
118  *      detected, and an attempt to xbusy a busy page or sbusy an xbusy page
119  *      results will trigger a panic rather than causing the thread to block.
120  *      vm_page_sleep_if_busy() can be used to sleep until the page's busy
121  *      state changes, after which the caller must re-lookup the page and
122  *      re-evaluate its state.  vm_page_busy_acquire() will block until
123  *      the lock is acquired.
124  *
125  *      The valid field is protected by the page busy lock (B) and object
126  *      lock (O).  Transitions from invalid to valid are generally done
127  *      via I/O or zero filling and do not require the object lock.
128  *      These must be protected with the busy lock to prevent page-in or
129  *      creation races.  Page invalidation generally happens as a result
130  *      of truncate or msync.  When invalidated, pages must not be present
131  *      in pmap and must hold the object lock to prevent concurrent
132  *      speculative read-only mappings that do not require busy.  I/O
133  *      routines may check for validity without a lock if they are prepared
134  *      to handle invalidation races with higher level locks (vnode) or are
135  *      unconcerned with races so long as they hold a reference to prevent
136  *      recycling.  When a valid bit is set while holding a shared busy
137  *      lock (A) atomic operations are used to protect against concurrent
138  *      modification.
139  *
140  *      In contrast, the synchronization of accesses to the page's
141  *      dirty field is a mix of machine dependent (M) and busy (B).  In
142  *      the machine-independent layer, the page busy must be held to
143  *      operate on the field.  However, the pmap layer is permitted to
144  *      set all bits within the field without holding that lock.  If the
145  *      underlying architecture does not support atomic read-modify-write
146  *      operations on the field's type, then the machine-independent
147  *      layer uses a 32-bit atomic on the aligned 32-bit word that
148  *      contains the dirty field.  In the machine-independent layer,
149  *      the implementation of read-modify-write operations on the
150  *      field is encapsulated in vm_page_clear_dirty_mask().  An
151  *      exclusive busy lock combined with pmap_remove_{write/all}() is the
152  *      only way to ensure a page can not become dirty.  I/O generally
153  *      removes the page from pmap to ensure exclusive access and atomic
154  *      writes.
155  *
156  *      The ref_count field tracks references to the page.  References that
157  *      prevent the page from being reclaimable are called wirings and are
158  *      counted in the low bits of ref_count.  The containing object's
159  *      reference, if one exists, is counted using the VPRC_OBJREF bit in the
160  *      ref_count field.  Additionally, the VPRC_BLOCKED bit is used to
161  *      atomically check for wirings and prevent new wirings via
162  *      pmap_extract_and_hold().  When a page belongs to an object, it may be
163  *      wired only when the object is locked, or the page is busy, or by
164  *      pmap_extract_and_hold().  As a result, if the object is locked and the
165  *      page is not busy (or is exclusively busied by the current thread), and
166  *      the page is unmapped, its wire count will not increase.  The ref_count
167  *      field is updated using atomic operations in most cases, except when it
168  *      is known that no other references to the page exist, such as in the page
169  *      allocator.  A page may be present in the page queues, or even actively
170  *      scanned by the page daemon, without an explicitly counted referenced.
171  *      The page daemon must therefore handle the possibility of a concurrent
172  *      free of the page.
173  *
174  *      The queue field is the index of the page queue containing the page,
175  *      or PQ_NONE if the page is not enqueued.  The queue lock of a page is
176  *      the page queue lock corresponding to the page queue index, or the
177  *      page lock (P) for the page if it is not enqueued.  To modify the
178  *      queue field, the queue lock for the old value of the field must be
179  *      held.  There is one exception to this rule: the page daemon may
180  *      transition the queue field from PQ_INACTIVE to PQ_NONE immediately
181  *      prior to freeing a page during an inactive queue scan.  At that
182  *      point the page has already been physically dequeued and no other
183  *      references to that vm_page structure exist.
184  *
185  *      To avoid contention on page queue locks, page queue operations
186  *      (enqueue, dequeue, requeue) are batched using per-CPU queues.  A
187  *      deferred operation is requested by inserting an entry into a batch
188  *      queue; the entry is simply a pointer to the page, and the request
189  *      type is encoded in the page's aflags field using the values in
190  *      PGA_QUEUE_STATE_MASK.  The type-stability of struct vm_pages is
191  *      crucial to this scheme since the processing of entries in a given
192  *      batch queue may be deferred indefinitely.  In particular, a page may
193  *      be freed before its pending batch queue entries have been processed.
194  *      The page lock (P) must be held to schedule a batched queue
195  *      operation, and the page queue lock must be held in order to process
196  *      batch queue entries for the page queue.  There is one exception to
197  *      this rule: the thread freeing a page may schedule a dequeue without
198  *      holding the page lock.  In this scenario the only other thread which
199  *      may hold a reference to the page is the page daemon, which is
200  *      careful to avoid modifying the page's queue state once the dequeue
201  *      has been requested by setting PGA_DEQUEUE.
202  */
203
204 #if PAGE_SIZE == 4096
205 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffu
206 typedef uint8_t vm_page_bits_t;
207 #elif PAGE_SIZE == 8192
208 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffu
209 typedef uint16_t vm_page_bits_t;
210 #elif PAGE_SIZE == 16384
211 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xffffffffu
212 typedef uint32_t vm_page_bits_t;
213 #elif PAGE_SIZE == 32768
214 #define VM_PAGE_BITS_ALL 0xfffffffffffffffflu
215 typedef uint64_t vm_page_bits_t;
216 #endif
217
218 struct vm_page {
219         union {
220                 TAILQ_ENTRY(vm_page) q; /* page queue or free list (Q) */
221                 struct {
222                         SLIST_ENTRY(vm_page) ss; /* private slists */
223                         void *pv;
224                 } s;
225                 struct {
226                         u_long p;
227                         u_long v;
228                 } memguard;
229         } plinks;
230         TAILQ_ENTRY(vm_page) listq;     /* pages in same object (O) */
231         vm_object_t object;             /* which object am I in (O) */
232         vm_pindex_t pindex;             /* offset into object (O,P) */
233         vm_paddr_t phys_addr;           /* physical address of page (C) */
234         struct md_page md;              /* machine dependent stuff */
235         u_int ref_count;                /* page references (A) */
236         volatile u_int busy_lock;       /* busy owners lock */
237         uint16_t flags;                 /* page PG_* flags (P) */
238         uint8_t order;                  /* index of the buddy queue (F) */
239         uint8_t pool;                   /* vm_phys freepool index (F) */
240         uint8_t aflags;                 /* atomic flags (A) */
241         uint8_t oflags;                 /* page VPO_* flags (O) */
242         uint8_t queue;                  /* page queue index (Q) */
243         int8_t psind;                   /* pagesizes[] index (O) */
244         int8_t segind;                  /* vm_phys segment index (C) */
245         u_char  act_count;              /* page usage count (P) */
246         /* NOTE that these must support one bit per DEV_BSIZE in a page */
247         /* so, on normal X86 kernels, they must be at least 8 bits wide */
248         vm_page_bits_t valid;           /* valid DEV_BSIZE chunk map (O,B) */
249         vm_page_bits_t dirty;           /* dirty DEV_BSIZE chunk map (M,B) */
250 };
251
252 /*
253  * Special bits used in the ref_count field.
254  *
255  * ref_count is normally used to count wirings that prevent the page from being
256  * reclaimed, but also supports several special types of references that do not
257  * prevent reclamation.  Accesses to the ref_count field must be atomic unless
258  * the page is unallocated.
259  *
260  * VPRC_OBJREF is the reference held by the containing object.  It can set or
261  * cleared only when the corresponding object's write lock is held.
262  *
263  * VPRC_BLOCKED is used to atomically block wirings via pmap lookups while
264  * attempting to tear down all mappings of a given page.  The page lock and
265  * object write lock must both be held in order to set or clear this bit.
266  */
267 #define VPRC_BLOCKED    0x40000000u     /* mappings are being removed */
268 #define VPRC_OBJREF     0x80000000u     /* object reference, cleared with (O) */
269 #define VPRC_WIRE_COUNT(c)      ((c) & ~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
270 #define VPRC_WIRE_COUNT_MAX     (~(VPRC_BLOCKED | VPRC_OBJREF))
271
272 /*
273  * Page flags stored in oflags:
274  *
275  * Access to these page flags is synchronized by the lock on the object
276  * containing the page (O).
277  *
278  * Note: VPO_UNMANAGED (used by OBJT_DEVICE, OBJT_PHYS and OBJT_SG)
279  *       indicates that the page is not under PV management but
280  *       otherwise should be treated as a normal page.  Pages not
281  *       under PV management cannot be paged out via the
282  *       object/vm_page_t because there is no knowledge of their pte
283  *       mappings, and such pages are also not on any PQ queue.
284  *
285  */
286 #define VPO_KMEM_EXEC   0x01            /* kmem mapping allows execution */
287 #define VPO_SWAPSLEEP   0x02            /* waiting for swap to finish */
288 #define VPO_UNMANAGED   0x04            /* no PV management for page */
289 #define VPO_SWAPINPROG  0x08            /* swap I/O in progress on page */
290
291 /*
292  * Busy page implementation details.
293  * The algorithm is taken mostly by rwlock(9) and sx(9) locks implementation,
294  * even if the support for owner identity is removed because of size
295  * constraints.  Checks on lock recursion are then not possible, while the
296  * lock assertions effectiveness is someway reduced.
297  */
298 #define VPB_BIT_SHARED          0x01
299 #define VPB_BIT_EXCLUSIVE       0x02
300 #define VPB_BIT_WAITERS         0x04
301 #define VPB_BIT_FLAGMASK                                                \
302         (VPB_BIT_SHARED | VPB_BIT_EXCLUSIVE | VPB_BIT_WAITERS)
303
304 #define VPB_SHARERS_SHIFT       3
305 #define VPB_SHARERS(x)                                                  \
306         (((x) & ~VPB_BIT_FLAGMASK) >> VPB_SHARERS_SHIFT)
307 #define VPB_SHARERS_WORD(x)     ((x) << VPB_SHARERS_SHIFT | VPB_BIT_SHARED)
308 #define VPB_ONE_SHARER          (1 << VPB_SHARERS_SHIFT)
309
310 #define VPB_SINGLE_EXCLUSIVER   VPB_BIT_EXCLUSIVE
311
312 #define VPB_UNBUSIED            VPB_SHARERS_WORD(0)
313
314 #define PQ_NONE         255
315 #define PQ_INACTIVE     0
316 #define PQ_ACTIVE       1
317 #define PQ_LAUNDRY      2
318 #define PQ_UNSWAPPABLE  3
319 #define PQ_COUNT        4
320
321 #ifndef VM_PAGE_HAVE_PGLIST
322 TAILQ_HEAD(pglist, vm_page);
323 #define VM_PAGE_HAVE_PGLIST
324 #endif
325 SLIST_HEAD(spglist, vm_page);
326
327 #ifdef _KERNEL
328 extern vm_page_t bogus_page;
329 #endif  /* _KERNEL */
330
331 extern struct mtx_padalign pa_lock[];
332
333 #if defined(__arm__)
334 #define PDRSHIFT        PDR_SHIFT
335 #elif !defined(PDRSHIFT)
336 #define PDRSHIFT        21
337 #endif
338
339 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
340 #define PA_LOCKPTR(pa)  ((struct mtx *)(&pa_lock[pa_index(pa) % PA_LOCK_COUNT]))
341 #define PA_LOCKOBJPTR(pa)       ((struct lock_object *)PA_LOCKPTR((pa)))
342 #define PA_LOCK(pa)     mtx_lock(PA_LOCKPTR(pa))
343 #define PA_TRYLOCK(pa)  mtx_trylock(PA_LOCKPTR(pa))
344 #define PA_UNLOCK(pa)   mtx_unlock(PA_LOCKPTR(pa))
345 #define PA_UNLOCK_COND(pa)                      \
346         do {                                    \
347                 if ((pa) != 0) {                \
348                         PA_UNLOCK((pa));        \
349                         (pa) = 0;               \
350                 }                               \
351         } while (0)
352
353 #define PA_LOCK_ASSERT(pa, a)   mtx_assert(PA_LOCKPTR(pa), (a))
354
355 #if defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)
356 #define vm_page_lock(m)         vm_page_lock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
357 #define vm_page_unlock(m)       vm_page_unlock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
358 #define vm_page_trylock(m)      vm_page_trylock_KBI((m), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
359 #else   /* !KLD_MODULE */
360 #define vm_page_lockptr(m)      (PA_LOCKPTR(VM_PAGE_TO_PHYS((m))))
361 #define vm_page_lock(m)         mtx_lock(vm_page_lockptr((m)))
362 #define vm_page_unlock(m)       mtx_unlock(vm_page_lockptr((m)))
363 #define vm_page_trylock(m)      mtx_trylock(vm_page_lockptr((m)))
364 #endif
365 #if defined(INVARIANTS)
366 #define vm_page_assert_locked(m)                \
367     vm_page_assert_locked_KBI((m), __FILE__, __LINE__)
368 #define vm_page_lock_assert(m, a)               \
369     vm_page_lock_assert_KBI((m), (a), __FILE__, __LINE__)
370 #else
371 #define vm_page_assert_locked(m)
372 #define vm_page_lock_assert(m, a)
373 #endif
374
375 /*
376  * The vm_page's aflags are updated using atomic operations.  To set or clear
377  * these flags, the functions vm_page_aflag_set() and vm_page_aflag_clear()
378  * must be used.  Neither these flags nor these functions are part of the KBI.
379  *
380  * PGA_REFERENCED may be cleared only if the page is locked.  It is set by
381  * both the MI and MD VM layers.  However, kernel loadable modules should not
382  * directly set this flag.  They should call vm_page_reference() instead.
383  *
384  * PGA_WRITEABLE is set exclusively on managed pages by pmap_enter().
385  * When it does so, the object must be locked, or the page must be
386  * exclusive busied.  The MI VM layer must never access this flag
387  * directly.  Instead, it should call pmap_page_is_write_mapped().
388  *
389  * PGA_EXECUTABLE may be set by pmap routines, and indicates that a page has
390  * at least one executable mapping.  It is not consumed by the MI VM layer.
391  *
392  * PGA_NOSYNC must be set and cleared with the page busy lock held.
393  *
394  * PGA_ENQUEUED is set and cleared when a page is inserted into or removed
395  * from a page queue, respectively.  It determines whether the plinks.q field
396  * of the page is valid.  To set or clear this flag, the queue lock for the
397  * page must be held: the page queue lock corresponding to the page's "queue"
398  * field if its value is not PQ_NONE, and the page lock otherwise.
399  *
400  * PGA_DEQUEUE is set when the page is scheduled to be dequeued from a page
401  * queue, and cleared when the dequeue request is processed.  A page may
402  * have PGA_DEQUEUE set and PGA_ENQUEUED cleared, for instance if a dequeue
403  * is requested after the page is scheduled to be enqueued but before it is
404  * actually inserted into the page queue.  For allocated pages, the page lock
405  * must be held to set this flag, but it may be set by vm_page_free_prep()
406  * without the page lock held.  The page queue lock must be held to clear the
407  * PGA_DEQUEUE flag.
408  *
409  * PGA_REQUEUE is set when the page is scheduled to be enqueued or requeued
410  * in its page queue.  The page lock must be held to set this flag, and the
411  * queue lock for the page must be held to clear it.
412  *
413  * PGA_REQUEUE_HEAD is a special flag for enqueuing pages near the head of
414  * the inactive queue, thus bypassing LRU.  The page lock must be held to
415  * set this flag, and the queue lock for the page must be held to clear it.
416  */
417 #define PGA_WRITEABLE   0x01            /* page may be mapped writeable */
418 #define PGA_REFERENCED  0x02            /* page has been referenced */
419 #define PGA_EXECUTABLE  0x04            /* page may be mapped executable */
420 #define PGA_ENQUEUED    0x08            /* page is enqueued in a page queue */
421 #define PGA_DEQUEUE     0x10            /* page is due to be dequeued */
422 #define PGA_REQUEUE     0x20            /* page is due to be requeued */
423 #define PGA_REQUEUE_HEAD 0x40           /* page requeue should bypass LRU */
424 #define PGA_NOSYNC      0x80            /* do not collect for syncer */
425
426 #define PGA_QUEUE_STATE_MASK    (PGA_ENQUEUED | PGA_DEQUEUE | PGA_REQUEUE | \
427                                 PGA_REQUEUE_HEAD)
428
429 /*
430  * Page flags.  If changed at any other time than page allocation or
431  * freeing, the modification must be protected by the vm_page lock.
432  *
433  * The PG_PCPU_CACHE flag is set at allocation time if the page was
434  * allocated from a per-CPU cache.  It is cleared the next time that the
435  * page is allocated from the physical memory allocator.
436  */
437 #define PG_PCPU_CACHE   0x0001          /* was allocated from per-CPU caches */
438 #define PG_FICTITIOUS   0x0004          /* physical page doesn't exist */
439 #define PG_ZERO         0x0008          /* page is zeroed */
440 #define PG_MARKER       0x0010          /* special queue marker page */
441 #define PG_NODUMP       0x0080          /* don't include this page in a dump */
442
443 /*
444  * Misc constants.
445  */
446 #define ACT_DECLINE             1
447 #define ACT_ADVANCE             3
448 #define ACT_INIT                5
449 #define ACT_MAX                 64
450
451 #ifdef _KERNEL
452
453 #include <sys/systm.h>
454
455 #include <machine/atomic.h>
456
457 /*
458  * Each pageable resident page falls into one of five lists:
459  *
460  *      free
461  *              Available for allocation now.
462  *
463  *      inactive
464  *              Low activity, candidates for reclamation.
465  *              This list is approximately LRU ordered.
466  *
467  *      laundry
468  *              This is the list of pages that should be
469  *              paged out next.
470  *
471  *      unswappable
472  *              Dirty anonymous pages that cannot be paged
473  *              out because no swap device is configured.
474  *
475  *      active
476  *              Pages that are "active", i.e., they have been
477  *              recently referenced.
478  *
479  */
480
481 extern vm_page_t vm_page_array;         /* First resident page in table */
482 extern long vm_page_array_size;         /* number of vm_page_t's */
483 extern long first_page;                 /* first physical page number */
484
485 #define VM_PAGE_TO_PHYS(entry)  ((entry)->phys_addr)
486
487 /*
488  * PHYS_TO_VM_PAGE() returns the vm_page_t object that represents a memory
489  * page to which the given physical address belongs. The correct vm_page_t
490  * object is returned for addresses that are not page-aligned.
491  */
492 vm_page_t PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa);
493
494 /*
495  * Page allocation parameters for vm_page for the functions
496  * vm_page_alloc(), vm_page_grab(), vm_page_alloc_contig() and
497  * vm_page_alloc_freelist().  Some functions support only a subset
498  * of the flags, and ignore others, see the flags legend.
499  *
500  * The meaning of VM_ALLOC_ZERO differs slightly between the vm_page_alloc*()
501  * and the vm_page_grab*() functions.  See these functions for details.
502  *
503  * Bits 0 - 1 define class.
504  * Bits 2 - 15 dedicated for flags.
505  * Legend:
506  * (a) - vm_page_alloc() supports the flag.
507  * (c) - vm_page_alloc_contig() supports the flag.
508  * (f) - vm_page_alloc_freelist() supports the flag.
509  * (g) - vm_page_grab() supports the flag.
510  * (p) - vm_page_grab_pages() supports the flag.
511  * Bits above 15 define the count of additional pages that the caller
512  * intends to allocate.
513  */
514 #define VM_ALLOC_NORMAL         0
515 #define VM_ALLOC_INTERRUPT      1
516 #define VM_ALLOC_SYSTEM         2
517 #define VM_ALLOC_CLASS_MASK     3
518 #define VM_ALLOC_WAITOK         0x0008  /* (acf) Sleep and retry */
519 #define VM_ALLOC_WAITFAIL       0x0010  /* (acf) Sleep and return error */
520 #define VM_ALLOC_WIRED          0x0020  /* (acfgp) Allocate a wired page */
521 #define VM_ALLOC_ZERO           0x0040  /* (acfgp) Allocate a prezeroed page */
522 #define VM_ALLOC_NOOBJ          0x0100  /* (acg) No associated object */
523 #define VM_ALLOC_NOBUSY         0x0200  /* (acgp) Do not excl busy the page */
524 #define VM_ALLOC_NOCREAT        0x0400  /* (gp) Don't create a page */
525 #define VM_ALLOC_IGN_SBUSY      0x1000  /* (gp) Ignore shared busy flag */
526 #define VM_ALLOC_NODUMP         0x2000  /* (ag) don't include in dump */
527 #define VM_ALLOC_SBUSY          0x4000  /* (acgp) Shared busy the page */
528 #define VM_ALLOC_NOWAIT         0x8000  /* (acfgp) Do not sleep */
529 #define VM_ALLOC_COUNT_SHIFT    16
530 #define VM_ALLOC_COUNT(count)   ((count) << VM_ALLOC_COUNT_SHIFT)
531
532 #ifdef M_NOWAIT
533 static inline int
534 malloc2vm_flags(int malloc_flags)
535 {
536         int pflags;
537
538         KASSERT((malloc_flags & M_USE_RESERVE) == 0 ||
539             (malloc_flags & M_NOWAIT) != 0,
540             ("M_USE_RESERVE requires M_NOWAIT"));
541         pflags = (malloc_flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
542             VM_ALLOC_SYSTEM;
543         if ((malloc_flags & M_ZERO) != 0)
544                 pflags |= VM_ALLOC_ZERO;
545         if ((malloc_flags & M_NODUMP) != 0)
546                 pflags |= VM_ALLOC_NODUMP;
547         if ((malloc_flags & M_NOWAIT))
548                 pflags |= VM_ALLOC_NOWAIT;
549         if ((malloc_flags & M_WAITOK))
550                 pflags |= VM_ALLOC_WAITOK;
551         return (pflags);
552 }
553 #endif
554
555 /*
556  * Predicates supported by vm_page_ps_test():
557  *
558  *      PS_ALL_DIRTY is true only if the entire (super)page is dirty.
559  *      However, it can be spuriously false when the (super)page has become
560  *      dirty in the pmap but that information has not been propagated to the
561  *      machine-independent layer.
562  */
563 #define PS_ALL_DIRTY    0x1
564 #define PS_ALL_VALID    0x2
565 #define PS_NONE_BUSY    0x4
566
567 int vm_page_busy_acquire(vm_page_t m, int allocflags);
568 void vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m);
569 int vm_page_busy_tryupgrade(vm_page_t m);
570 void vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *msg, bool nonshared);
571 void vm_page_free(vm_page_t m);
572 void vm_page_free_zero(vm_page_t m);
573
574 void vm_page_activate (vm_page_t);
575 void vm_page_advise(vm_page_t m, int advice);
576 vm_page_t vm_page_alloc(vm_object_t, vm_pindex_t, int);
577 vm_page_t vm_page_alloc_domain(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int);
578 vm_page_t vm_page_alloc_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, vm_page_t);
579 vm_page_t vm_page_alloc_domain_after(vm_object_t, vm_pindex_t, int, int,
580     vm_page_t);
581 vm_page_t vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
582     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
583     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr);
584 vm_page_t vm_page_alloc_contig_domain(vm_object_t object,
585     vm_pindex_t pindex, int domain, int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
586     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary,
587     vm_memattr_t memattr);
588 vm_page_t vm_page_alloc_freelist(int, int);
589 vm_page_t vm_page_alloc_freelist_domain(int, int, int);
590 bool vm_page_blacklist_add(vm_paddr_t pa, bool verbose);
591 void vm_page_change_lock(vm_page_t m, struct mtx **mtx);
592 vm_page_t vm_page_grab (vm_object_t, vm_pindex_t, int);
593 int vm_page_grab_pages(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags,
594     vm_page_t *ma, int count);
595 int vm_page_grab_valid(vm_page_t *mp, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
596     int allocflags);
597 void vm_page_deactivate(vm_page_t);
598 void vm_page_deactivate_noreuse(vm_page_t);
599 void vm_page_dequeue(vm_page_t m);
600 void vm_page_dequeue_deferred(vm_page_t m);
601 vm_page_t vm_page_find_least(vm_object_t, vm_pindex_t);
602 bool vm_page_free_prep(vm_page_t m);
603 vm_page_t vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
604 void vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
605 int vm_page_insert (vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
606 void vm_page_invalid(vm_page_t m);
607 void vm_page_launder(vm_page_t m);
608 vm_page_t vm_page_lookup (vm_object_t, vm_pindex_t);
609 vm_page_t vm_page_next(vm_page_t m);
610 void vm_page_pqbatch_drain(void);
611 void vm_page_pqbatch_submit(vm_page_t m, uint8_t queue);
612 vm_page_t vm_page_prev(vm_page_t m);
613 bool vm_page_ps_test(vm_page_t m, int flags, vm_page_t skip_m);
614 void vm_page_putfake(vm_page_t m);
615 void vm_page_readahead_finish(vm_page_t m);
616 bool vm_page_reclaim_contig(int req, u_long npages, vm_paddr_t low,
617     vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
618 bool vm_page_reclaim_contig_domain(int domain, int req, u_long npages,
619     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment, vm_paddr_t boundary);
620 void vm_page_reference(vm_page_t m);
621 #define VPR_TRYFREE     0x01
622 #define VPR_NOREUSE     0x02
623 void vm_page_release(vm_page_t m, int flags);
624 void vm_page_release_locked(vm_page_t m, int flags);
625 bool vm_page_remove(vm_page_t);
626 int vm_page_rename(vm_page_t, vm_object_t, vm_pindex_t);
627 vm_page_t vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object,
628     vm_pindex_t pindex);
629 void vm_page_requeue(vm_page_t m);
630 int vm_page_sbusied(vm_page_t m);
631 vm_page_t vm_page_scan_contig(u_long npages, vm_page_t m_start,
632     vm_page_t m_end, u_long alignment, vm_paddr_t boundary, int options);
633 void vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size);
634 int vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg);
635 int vm_page_sleep_if_xbusy(vm_page_t m, const char *msg);
636 vm_offset_t vm_page_startup(vm_offset_t vaddr);
637 void vm_page_sunbusy(vm_page_t m);
638 void vm_page_swapqueue(vm_page_t m, uint8_t oldq, uint8_t newq);
639 bool vm_page_try_remove_all(vm_page_t m);
640 bool vm_page_try_remove_write(vm_page_t m);
641 int vm_page_trysbusy(vm_page_t m);
642 int vm_page_tryxbusy(vm_page_t m);
643 void vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count);
644 void vm_page_unswappable(vm_page_t m);
645 void vm_page_unwire(vm_page_t m, uint8_t queue);
646 bool vm_page_unwire_noq(vm_page_t m);
647 void vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr);
648 void vm_page_wire(vm_page_t);
649 bool vm_page_wire_mapped(vm_page_t m);
650 void vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m);
651 void vm_page_set_validclean (vm_page_t, int, int);
652 void vm_page_clear_dirty(vm_page_t, int, int);
653 void vm_page_set_invalid(vm_page_t, int, int);
654 void vm_page_valid(vm_page_t m);
655 int vm_page_is_valid(vm_page_t, int, int);
656 void vm_page_test_dirty(vm_page_t);
657 vm_page_bits_t vm_page_bits(int base, int size);
658 void vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid);
659 void vm_page_free_toq(vm_page_t m);
660 void vm_page_free_pages_toq(struct spglist *free, bool update_wire_count);
661
662 void vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m);
663 void vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
664 void vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
665 int vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
666 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
667 void vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line);
668 void vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line);
669 #endif
670
671 #define vm_page_assert_busied(m)                                        \
672         KASSERT(vm_page_busied(m),                                      \
673             ("vm_page_assert_busied: page %p not busy @ %s:%d", \
674             (m), __FILE__, __LINE__))
675
676 #define vm_page_assert_sbusied(m)                                       \
677         KASSERT(vm_page_sbusied(m),                                     \
678             ("vm_page_assert_sbusied: page %p not shared busy @ %s:%d", \
679             (m), __FILE__, __LINE__))
680
681 #define vm_page_assert_unbusied(m)                                      \
682         KASSERT(!vm_page_busied(m),                                     \
683             ("vm_page_assert_unbusied: page %p busy @ %s:%d",           \
684             (m), __FILE__, __LINE__))
685
686 #define vm_page_assert_xbusied(m)                                       \
687         KASSERT(vm_page_xbusied(m),                                     \
688             ("vm_page_assert_xbusied: page %p not exclusive busy @ %s:%d", \
689             (m), __FILE__, __LINE__))
690
691 #define vm_page_busied(m)                                               \
692         ((m)->busy_lock != VPB_UNBUSIED)
693
694 #define vm_page_sbusy(m) do {                                           \
695         if (!vm_page_trysbusy(m))                                       \
696                 panic("%s: page %p failed shared busying", __func__,    \
697                     (m));                                               \
698 } while (0)
699
700 #define vm_page_xbusied(m)                                              \
701         (((m)->busy_lock & VPB_SINGLE_EXCLUSIVER) != 0)
702
703 #define vm_page_xbusy(m) do {                                           \
704         if (!vm_page_tryxbusy(m))                                       \
705                 panic("%s: page %p failed exclusive busying", __func__, \
706                     (m));                                               \
707 } while (0)
708
709 /* Note: page m's lock must not be owned by the caller. */
710 #define vm_page_xunbusy(m) do {                                         \
711         if (!atomic_cmpset_rel_int(&(m)->busy_lock,                     \
712             VPB_SINGLE_EXCLUSIVER, VPB_UNBUSIED))                       \
713                 vm_page_xunbusy_hard(m);                                \
714 } while (0)
715
716 #ifdef INVARIANTS
717 void vm_page_object_busy_assert(vm_page_t m);
718 #define VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m)   vm_page_object_busy_assert(m)
719 void vm_page_assert_pga_writeable(vm_page_t m, uint8_t bits);
720 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)                           \
721         vm_page_assert_pga_writeable(m, bits)
722 #else
723 #define VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m)   (void)0
724 #define VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits)   (void)0
725 #endif
726
727 /*
728  * We want to use atomic updates for the aflags field, which is 8 bits wide.
729  * However, not all architectures support atomic operations on 8-bit
730  * destinations.  In order that we can easily use a 32-bit operation, we
731  * require that the aflags field be 32-bit aligned.
732  */
733 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, aflags) % sizeof(uint32_t) == 0,
734     "aflags field is not 32-bit aligned");
735
736 /*
737  * We want to be able to update the aflags and queue fields atomically in
738  * the same operation.
739  */
740 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, aflags) / sizeof(uint32_t) ==
741     offsetof(struct vm_page, queue) / sizeof(uint32_t),
742     "aflags and queue fields do not belong to the same 32-bit word");
743 _Static_assert(offsetof(struct vm_page, queue) % sizeof(uint32_t) == 2,
744     "queue field is at an unexpected offset");
745 _Static_assert(sizeof(((struct vm_page *)NULL)->queue) == 1,
746     "queue field has an unexpected size");
747
748 #if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN
749 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     0
750 #define VM_PAGE_QUEUE_SHIFT     16
751 #else
752 #define VM_PAGE_AFLAG_SHIFT     24
753 #define VM_PAGE_QUEUE_SHIFT     8
754 #endif
755 #define VM_PAGE_QUEUE_MASK      (0xff << VM_PAGE_QUEUE_SHIFT)
756
757 /*
758  *      Clear the given bits in the specified page.
759  */
760 static inline void
761 vm_page_aflag_clear(vm_page_t m, uint8_t bits)
762 {
763         uint32_t *addr, val;
764
765         /*
766          * The PGA_REFERENCED flag can only be cleared if the page is locked.
767          */
768         if ((bits & PGA_REFERENCED) != 0)
769                 vm_page_assert_locked(m);
770
771         /*
772          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
773          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
774          * within this word are handled properly by the atomic update.
775          */
776         addr = (void *)&m->aflags;
777         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
778         atomic_clear_32(addr, val);
779 }
780
781 /*
782  *      Set the given bits in the specified page.
783  */
784 static inline void
785 vm_page_aflag_set(vm_page_t m, uint8_t bits)
786 {
787         uint32_t *addr, val;
788
789         VM_PAGE_ASSERT_PGA_WRITEABLE(m, bits);
790
791         /*
792          * Access the whole 32-bit word containing the aflags field with an
793          * atomic update.  Parallel non-atomic updates to the other fields
794          * within this word are handled properly by the atomic update.
795          */
796         addr = (void *)&m->aflags;
797         val = bits << VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
798         atomic_set_32(addr, val);
799 }
800
801 /*
802  *      Atomically update the queue state of the page.  The operation fails if
803  *      any of the queue flags in "fflags" are set or if the "queue" field of
804  *      the page does not match the expected value; if the operation is
805  *      successful, the flags in "nflags" are set and all other queue state
806  *      flags are cleared.
807  */
808 static inline bool
809 vm_page_pqstate_cmpset(vm_page_t m, uint32_t oldq, uint32_t newq,
810     uint32_t fflags, uint32_t nflags)
811 {
812         uint32_t *addr, nval, oval, qsmask;
813
814         fflags <<= VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
815         nflags <<= VM_PAGE_AFLAG_SHIFT;
816         newq <<= VM_PAGE_QUEUE_SHIFT;
817         oldq <<= VM_PAGE_QUEUE_SHIFT;
818         qsmask = ((PGA_DEQUEUE | PGA_REQUEUE | PGA_REQUEUE_HEAD) <<
819             VM_PAGE_AFLAG_SHIFT) | VM_PAGE_QUEUE_MASK;
820
821         addr = (void *)&m->aflags;
822         oval = atomic_load_32(addr);
823         do {
824                 if ((oval & fflags) != 0)
825                         return (false);
826                 if ((oval & VM_PAGE_QUEUE_MASK) != oldq)
827                         return (false);
828                 nval = (oval & ~qsmask) | nflags | newq;
829         } while (!atomic_fcmpset_32(addr, &oval, nval));
830
831         return (true);
832 }
833
834 /*
835  *      vm_page_dirty:
836  *
837  *      Set all bits in the page's dirty field.
838  *
839  *      The object containing the specified page must be locked if the
840  *      call is made from the machine-independent layer.
841  *
842  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
843  */
844 static __inline void
845 vm_page_dirty(vm_page_t m)
846 {
847
848         /* Use vm_page_dirty_KBI() under INVARIANTS to save memory. */
849 #if (defined(KLD_MODULE) && !defined(KLD_TIED)) || defined(INVARIANTS)
850         vm_page_dirty_KBI(m);
851 #else
852         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
853 #endif
854 }
855
856 /*
857  *      vm_page_undirty:
858  *
859  *      Set page to not be dirty.  Note: does not clear pmap modify bits
860  */
861 static __inline void
862 vm_page_undirty(vm_page_t m)
863 {
864
865         VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
866         m->dirty = 0;
867 }
868
869 static inline void
870 vm_page_replace_checked(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
871     vm_page_t mold)
872 {
873         vm_page_t mret;
874
875         mret = vm_page_replace(mnew, object, pindex);
876         KASSERT(mret == mold,
877             ("invalid page replacement, mold=%p, mret=%p", mold, mret));
878
879         /* Unused if !INVARIANTS. */
880         (void)mold;
881         (void)mret;
882 }
883
884 /*
885  *      vm_page_queue:
886  *
887  *      Return the index of the queue containing m.  This index is guaranteed
888  *      not to change while the page lock is held.
889  */
890 static inline uint8_t
891 vm_page_queue(vm_page_t m)
892 {
893
894         vm_page_assert_locked(m);
895
896         if ((m->aflags & PGA_DEQUEUE) != 0)
897                 return (PQ_NONE);
898         atomic_thread_fence_acq();
899         return (m->queue);
900 }
901
902 static inline bool
903 vm_page_active(vm_page_t m)
904 {
905
906         return (vm_page_queue(m) == PQ_ACTIVE);
907 }
908
909 static inline bool
910 vm_page_inactive(vm_page_t m)
911 {
912
913         return (vm_page_queue(m) == PQ_INACTIVE);
914 }
915
916 static inline bool
917 vm_page_in_laundry(vm_page_t m)
918 {
919         uint8_t queue;
920
921         queue = vm_page_queue(m);
922         return (queue == PQ_LAUNDRY || queue == PQ_UNSWAPPABLE);
923 }
924
925 /*
926  *      vm_page_drop:
927  *
928  *      Release a reference to a page and return the old reference count.
929  */
930 static inline u_int
931 vm_page_drop(vm_page_t m, u_int val)
932 {
933         u_int old;
934
935         /*
936          * Synchronize with vm_page_free_prep(): ensure that all updates to the
937          * page structure are visible before it is freed.
938          */
939         atomic_thread_fence_rel();
940         old = atomic_fetchadd_int(&m->ref_count, -val);
941         KASSERT(old != VPRC_BLOCKED,
942             ("vm_page_drop: page %p has an invalid refcount value", m));
943         return (old);
944 }
945
946 /*
947  *      vm_page_wired:
948  *
949  *      Perform a racy check to determine whether a reference prevents the page
950  *      from being reclaimable.  If the page's object is locked, and the page is
951  *      unmapped and unbusied or exclusively busied by the current thread, no
952  *      new wirings may be created.
953  */
954 static inline bool
955 vm_page_wired(vm_page_t m)
956 {
957
958         return (VPRC_WIRE_COUNT(m->ref_count) > 0);
959 }
960
961 static inline bool
962 vm_page_all_valid(vm_page_t m)
963 {
964
965         return (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL);
966 }
967
968 static inline bool
969 vm_page_none_valid(vm_page_t m)
970 {
971
972         return (m->valid == 0);
973 }
974
975 #endif                          /* _KERNEL */
976 #endif                          /* !_VM_PAGE_ */