]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - sys/vm/vm_page.c
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / sys / vm / vm_page.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
5  *
6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
19  *    without specific prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
31  * SUCH DAMAGE.
32  *
33  *      from: @(#)vm_page.c     7.4 (Berkeley) 5/7/91
34  */
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
63 /*
64  *                      GENERAL RULES ON VM_PAGE MANIPULATION
65  *
66  *      - A page queue lock is required when adding or removing a page from a
67  *        page queue regardless of other locks or the busy state of a page.
68  *
69  *              * In general, no thread besides the page daemon can acquire or
70  *                hold more than one page queue lock at a time.
71  *
72  *              * The page daemon can acquire and hold any pair of page queue
73  *                locks in any order.
74  *
75  *      - The object lock is required when inserting or removing
76  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
77  *
78  */
79
80 /*
81  *      Resident memory management module.
82  */
83
84 #include <sys/cdefs.h>
85 __FBSDID("$FreeBSD$");
86
87 #include "opt_vm.h"
88
89 #include <sys/param.h>
90 #include <sys/systm.h>
91 #include <sys/lock.h>
92 #include <sys/kernel.h>
93 #include <sys/limits.h>
94 #include <sys/malloc.h>
95 #include <sys/mman.h>
96 #include <sys/msgbuf.h>
97 #include <sys/mutex.h>
98 #include <sys/proc.h>
99 #include <sys/rwlock.h>
100 #include <sys/sysctl.h>
101 #include <sys/vmmeter.h>
102 #include <sys/vnode.h>
103
104 #include <vm/vm.h>
105 #include <vm/pmap.h>
106 #include <vm/vm_param.h>
107 #include <vm/vm_kern.h>
108 #include <vm/vm_object.h>
109 #include <vm/vm_page.h>
110 #include <vm/vm_pageout.h>
111 #include <vm/vm_pager.h>
112 #include <vm/vm_phys.h>
113 #include <vm/vm_radix.h>
114 #include <vm/vm_reserv.h>
115 #include <vm/vm_extern.h>
116 #include <vm/uma.h>
117 #include <vm/uma_int.h>
118
119 #include <machine/md_var.h>
120
121 /*
122  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
123  *      page structure.
124  */
125
126 struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
127 struct mtx_padalign vm_page_queue_free_mtx;
128
129 struct mtx_padalign pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
130
131 vm_page_t vm_page_array;
132 long vm_page_array_size;
133 long first_page;
134 int vm_page_zero_count;
135
136 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
137 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
138 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
139         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
140
141 static int pa_tryrelock_restart;
142 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
143     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
144
145 static uma_zone_t fakepg_zone;
146
147 static struct vnode *vm_page_alloc_init(vm_page_t m);
148 static void vm_page_cache_turn_free(vm_page_t m);
149 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
150 static void vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m);
151 static void vm_page_init_fakepg(void *dummy);
152 static int vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object,
153     vm_pindex_t pindex, vm_page_t mpred);
154 static void vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object,
155     vm_page_t mpred);
156
157 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init_fakepg, NULL);
158
159 static void
160 vm_page_init_fakepg(void *dummy)
161 {
162
163         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
164             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM); 
165 }
166
167 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
168 #if PAGE_SIZE == 32768
169 #ifdef CTASSERT
170 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
171 #endif
172 #endif
173
174 /*
175  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
176  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
177  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
178  * the virtual to physical mapping has changed.
179  */
180 int
181 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
182 {
183         vm_paddr_t lockpa;
184
185         lockpa = *locked;
186         *locked = pa;
187         if (lockpa) {
188                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
189                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
190                         return (0);
191                 PA_UNLOCK(lockpa);
192         }
193         if (PA_TRYLOCK(pa))
194                 return (0);
195         PMAP_UNLOCK(pmap);
196         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
197         PA_LOCK(pa);
198         PMAP_LOCK(pmap);
199         return (EAGAIN);
200 }
201
202 /*
203  *      vm_set_page_size:
204  *
205  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
206  *      size.  Must be called before any use of page-size
207  *      dependent functions.
208  */
209 void
210 vm_set_page_size(void)
211 {
212         if (cnt.v_page_size == 0)
213                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
214         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
215                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
216 }
217
218 /*
219  *      vm_page_blacklist_lookup:
220  *
221  *      See if a physical address in this page has been listed
222  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
223  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
224  *      encountered then the rest of the string is skipped.
225  */
226 static int
227 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
228 {
229         vm_paddr_t bad;
230         char *cp, *pos;
231
232         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
233                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
234                 if (*cp != '\0') {
235                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
236                                 cp++;
237                                 if (cp == pos)
238                                         continue;
239                         } else
240                                 break;
241                 }
242                 if (pa == trunc_page(bad))
243                         return (1);
244         }
245         return (0);
246 }
247
248 static void
249 vm_page_domain_init(struct vm_domain *vmd)
250 {
251         struct vm_pagequeue *pq;
252         int i;
253
254         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_name) =
255             "vm inactive pagequeue";
256         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_vcnt) =
257             &cnt.v_inactive_count;
258         *__DECONST(char **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_name) =
259             "vm active pagequeue";
260         *__DECONST(int **, &vmd->vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_vcnt) =
261             &cnt.v_active_count;
262         vmd->vmd_page_count = 0;
263         vmd->vmd_free_count = 0;
264         vmd->vmd_segs = 0;
265         vmd->vmd_oom = FALSE;
266         vmd->vmd_pass = 0;
267         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
268                 pq = &vmd->vmd_pagequeues[i];
269                 TAILQ_INIT(&pq->pq_pl);
270                 mtx_init(&pq->pq_mutex, pq->pq_name, "vm pagequeue",
271                     MTX_DEF | MTX_DUPOK);
272         }
273 }
274
275 /*
276  *      vm_page_startup:
277  *
278  *      Initializes the resident memory module.
279  *
280  *      Allocates memory for the page cells, and
281  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
282  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
283  */
284 vm_offset_t
285 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
286 {
287         vm_offset_t mapped;
288         vm_paddr_t page_range;
289         vm_paddr_t new_end;
290         int i;
291         vm_paddr_t pa;
292         vm_paddr_t last_pa;
293         char *list;
294
295         /* the biggest memory array is the second group of pages */
296         vm_paddr_t end;
297         vm_paddr_t biggestsize;
298         vm_paddr_t low_water, high_water;
299         int biggestone;
300
301         biggestsize = 0;
302         biggestone = 0;
303         vaddr = round_page(vaddr);
304
305         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
306                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
307                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
308         }
309
310         low_water = phys_avail[0];
311         high_water = phys_avail[1];
312
313         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
314                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
315
316                 if (size > biggestsize) {
317                         biggestone = i;
318                         biggestsize = size;
319                 }
320                 if (phys_avail[i] < low_water)
321                         low_water = phys_avail[i];
322                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
323                         high_water = phys_avail[i + 1];
324         }
325
326 #ifdef XEN
327         low_water = 0;
328 #endif  
329
330         end = phys_avail[biggestone+1];
331
332         /*
333          * Initialize the page and queue locks.
334          */
335         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
336         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
337                 mtx_init(&pa_lock[i], "vm page", NULL, MTX_DEF);
338         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
339                 vm_page_domain_init(&vm_dom[i]);
340
341         /*
342          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
343          * allocator.
344          */
345         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
346         new_end = trunc_page(new_end);
347         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
348             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
349         bzero((void *)mapped, end - new_end);
350         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
351
352 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__) || defined(__arm__) || \
353     defined(__mips__)
354         /*
355          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
356          * needs to be included in a minidump.
357          *
358          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
359          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
360          *
361          * However, i386 still needs this workspace internally within the
362          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
363          * included should the sf_buf code decide to use them.
364          */
365         last_pa = 0;
366         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
367                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
368                         last_pa = dump_avail[i + 1];
369         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
370         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
371         new_end -= vm_page_dump_size;
372         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
373             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
374         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
375 #endif
376 #ifdef __amd64__
377         /*
378          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
379          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
380          * through the direct map, they are not automatically included.
381          */
382         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
383         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
384         while (pa < last_pa) {
385                 dump_add_page(pa);
386                 pa += PAGE_SIZE;
387         }
388 #endif
389         /*
390          * Compute the number of pages of memory that will be available for
391          * use (taking into account the overhead of a page structure per
392          * page).
393          */
394         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
395 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
396         page_range = 0;
397         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
398                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
399 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
400         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
401 #else
402 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
403 #endif
404         end = new_end;
405
406         /*
407          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
408          */
409         vaddr += PAGE_SIZE;
410
411         /*
412          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
413          * queue.
414          */
415         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
416         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
417             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
418         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
419 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
420         /*
421          * Allocate memory for the reservation management system's data
422          * structures.
423          */
424         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_water);
425 #endif
426 #if defined(__amd64__) || defined(__mips__)
427         /*
428          * pmap_map on amd64 and mips can come out of the direct-map, not kvm
429          * like i386, so the pages must be tracked for a crashdump to include
430          * this data.  This includes the vm_page_array and the early UMA
431          * bootstrap pages.
432          */
433         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
434                 dump_add_page(pa);
435 #endif  
436         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
437
438         /*
439          * Clear all of the page structures
440          */
441         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
442         for (i = 0; i < page_range; i++)
443                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
444         vm_page_array_size = page_range;
445
446         /*
447          * Initialize the physical memory allocator.
448          */
449         vm_phys_init();
450
451         /*
452          * Add every available physical page that is not blacklisted to
453          * the free lists.
454          */
455         cnt.v_page_count = 0;
456         cnt.v_free_count = 0;
457         list = getenv("vm.blacklist");
458         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
459                 pa = phys_avail[i];
460                 last_pa = phys_avail[i + 1];
461                 while (pa < last_pa) {
462                         if (list != NULL &&
463                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
464                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
465                                     (uintmax_t)pa);
466                         else
467                                 vm_phys_add_page(pa);
468                         pa += PAGE_SIZE;
469                 }
470         }
471         freeenv(list);
472 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
473         /*
474          * Initialize the reservation management system.
475          */
476         vm_reserv_init();
477 #endif
478         return (vaddr);
479 }
480
481 void
482 vm_page_reference(vm_page_t m)
483 {
484
485         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
486 }
487
488 /*
489  *      vm_page_busy_downgrade:
490  *
491  *      Downgrade an exclusive busy page into a single shared busy page.
492  */
493 void
494 vm_page_busy_downgrade(vm_page_t m)
495 {
496         u_int x;
497
498         vm_page_assert_xbusied(m);
499
500         for (;;) {
501                 x = m->busy_lock;
502                 x &= VPB_BIT_WAITERS;
503                 if (atomic_cmpset_rel_int(&m->busy_lock,
504                     VPB_SINGLE_EXCLUSIVER | x, VPB_SHARERS_WORD(1) | x))
505                         break;
506         }
507 }
508
509 /*
510  *      vm_page_sbusied:
511  *
512  *      Return a positive value if the page is shared busied, 0 otherwise.
513  */
514 int
515 vm_page_sbusied(vm_page_t m)
516 {
517         u_int x;
518
519         x = m->busy_lock;
520         return ((x & VPB_BIT_SHARED) != 0 && x != VPB_UNBUSIED);
521 }
522
523 /*
524  *      vm_page_sunbusy:
525  *
526  *      Shared unbusy a page.
527  */
528 void
529 vm_page_sunbusy(vm_page_t m)
530 {
531         u_int x;
532
533         vm_page_assert_sbusied(m);
534
535         for (;;) {
536                 x = m->busy_lock;
537                 if (VPB_SHARERS(x) > 1) {
538                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
539                             x - VPB_ONE_SHARER))
540                                 break;
541                         continue;
542                 }
543                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0) {
544                         KASSERT(x == VPB_SHARERS_WORD(1),
545                             ("vm_page_sunbusy: invalid lock state"));
546                         if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock,
547                             VPB_SHARERS_WORD(1), VPB_UNBUSIED))
548                                 break;
549                         continue;
550                 }
551                 KASSERT(x == (VPB_SHARERS_WORD(1) | VPB_BIT_WAITERS),
552                     ("vm_page_sunbusy: invalid lock state for waiters"));
553
554                 vm_page_lock(m);
555                 if (!atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, VPB_UNBUSIED)) {
556                         vm_page_unlock(m);
557                         continue;
558                 }
559                 wakeup(m);
560                 vm_page_unlock(m);
561                 break;
562         }
563 }
564
565 /*
566  *      vm_page_busy_sleep:
567  *
568  *      Sleep and release the page lock, using the page pointer as wchan.
569  *      This is used to implement the hard-path of busying mechanism.
570  *
571  *      The given page must be locked.
572  */
573 void
574 vm_page_busy_sleep(vm_page_t m, const char *wmesg)
575 {
576         u_int x;
577
578         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
579
580         x = m->busy_lock;
581         if (x == VPB_UNBUSIED) {
582                 vm_page_unlock(m);
583                 return;
584         }
585         if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0 &&
586             !atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x, x | VPB_BIT_WAITERS)) {
587                 vm_page_unlock(m);
588                 return;
589         }
590         msleep(m, vm_page_lockptr(m), PVM | PDROP, wmesg, 0);
591 }
592
593 /*
594  *      vm_page_trysbusy:
595  *
596  *      Try to shared busy a page.
597  *      If the operation succeeds 1 is returned otherwise 0.
598  *      The operation never sleeps.
599  */
600 int
601 vm_page_trysbusy(vm_page_t m)
602 {
603         u_int x;
604
605         for (;;) {
606                 x = m->busy_lock;
607                 if ((x & VPB_BIT_SHARED) == 0)
608                         return (0);
609                 if (atomic_cmpset_acq_int(&m->busy_lock, x, x + VPB_ONE_SHARER))
610                         return (1);
611         }
612 }
613
614 /*
615  *      vm_page_xunbusy_hard:
616  *
617  *      Called after the first try the exclusive unbusy of a page failed.
618  *      It is assumed that the waiters bit is on.
619  */
620 void
621 vm_page_xunbusy_hard(vm_page_t m)
622 {
623
624         vm_page_assert_xbusied(m);
625
626         vm_page_lock(m);
627         atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
628         wakeup(m);
629         vm_page_unlock(m);
630 }
631
632 /*
633  *      vm_page_flash:
634  *
635  *      Wakeup anyone waiting for the page.
636  *      The ownership bits do not change.
637  *
638  *      The given page must be locked.
639  */
640 void
641 vm_page_flash(vm_page_t m)
642 {
643         u_int x;
644
645         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
646
647         for (;;) {
648                 x = m->busy_lock;
649                 if ((x & VPB_BIT_WAITERS) == 0)
650                         return;
651                 if (atomic_cmpset_int(&m->busy_lock, x,
652                     x & (~VPB_BIT_WAITERS)))
653                         break;
654         }
655         wakeup(m);
656 }
657
658 /*
659  * Keep page from being freed by the page daemon
660  * much of the same effect as wiring, except much lower
661  * overhead and should be used only for *very* temporary
662  * holding ("wiring").
663  */
664 void
665 vm_page_hold(vm_page_t mem)
666 {
667
668         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
669         mem->hold_count++;
670 }
671
672 void
673 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
674 {
675
676         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
677         KASSERT(mem->hold_count >= 1, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
678         --mem->hold_count;
679         if (mem->hold_count == 0 && (mem->flags & PG_UNHOLDFREE) != 0)
680                 vm_page_free_toq(mem);
681 }
682
683 /*
684  *      vm_page_unhold_pages:
685  *
686  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
687  */ 
688 void
689 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
690 {
691         struct mtx *mtx, *new_mtx;
692
693         mtx = NULL;
694         for (; count != 0; count--) {
695                 /*
696                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
697                  */
698                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
699                 if (mtx != new_mtx) {
700                         if (mtx != NULL)
701                                 mtx_unlock(mtx);
702                         mtx = new_mtx;
703                         mtx_lock(mtx);
704                 }
705                 vm_page_unhold(*ma);
706                 ma++;
707         }
708         if (mtx != NULL)
709                 mtx_unlock(mtx);
710 }
711
712 vm_page_t
713 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
714 {
715         vm_page_t m;
716
717 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
718         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
719         if (m == NULL)
720                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
721         return (m);
722 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
723         long pi;
724
725         pi = atop(pa);
726         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
727                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
728                 return (m);
729         }
730         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
731 #else
732 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
733 #endif
734 }
735
736 /*
737  *      vm_page_getfake:
738  *
739  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
740  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
741  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
742  */
743 vm_page_t
744 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
745 {
746         vm_page_t m;
747
748         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
749         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
750         return (m);
751 }
752
753 void
754 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
755 {
756
757         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
758                 /*
759                  * The page's memattr might have changed since the
760                  * previous initialization.  Update the pmap to the
761                  * new memattr.
762                  */
763                 goto memattr;
764         }
765         m->phys_addr = paddr;
766         m->queue = PQ_NONE;
767         /* Fictitious pages don't use "segind". */
768         m->flags = PG_FICTITIOUS;
769         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
770         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
771         m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
772         m->wire_count = 1;
773         pmap_page_init(m);
774 memattr:
775         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
776 }
777
778 /*
779  *      vm_page_putfake:
780  *
781  *      Release a fictitious page.
782  */
783 void
784 vm_page_putfake(vm_page_t m)
785 {
786
787         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
788         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
789             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
790         uma_zfree(fakepg_zone, m);
791 }
792
793 /*
794  *      vm_page_updatefake:
795  *
796  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
797  *      memory attribute.
798  */
799 void
800 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
801 {
802
803         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
804             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
805         m->phys_addr = paddr;
806         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
807 }
808
809 /*
810  *      vm_page_free:
811  *
812  *      Free a page.
813  */
814 void
815 vm_page_free(vm_page_t m)
816 {
817
818         m->flags &= ~PG_ZERO;
819         vm_page_free_toq(m);
820 }
821
822 /*
823  *      vm_page_free_zero:
824  *
825  *      Free a page to the zerod-pages queue
826  */
827 void
828 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
829 {
830
831         m->flags |= PG_ZERO;
832         vm_page_free_toq(m);
833 }
834
835 /*
836  * Unbusy and handle the page queueing for a page from the VOP_GETPAGES()
837  * array which is not the request page.
838  */
839 void
840 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
841 {
842
843         if (m->valid != 0) {
844                 /*
845                  * Since the page is not the requested page, whether
846                  * it should be activated or deactivated is not
847                  * obvious.  Empirical results have shown that
848                  * deactivating the page is usually the best choice,
849                  * unless the page is wanted by another thread.
850                  */
851                 vm_page_lock(m);
852                 if ((m->busy_lock & VPB_BIT_WAITERS) != 0)
853                         vm_page_activate(m);
854                 else
855                         vm_page_deactivate(m);
856                 vm_page_unlock(m);
857                 vm_page_xunbusy(m);
858         } else {
859                 /*
860                  * Free the completely invalid page.  Such page state
861                  * occurs due to the short read operation which did
862                  * not covered our page at all, or in case when a read
863                  * error happens.
864                  */
865                 vm_page_lock(m);
866                 vm_page_free(m);
867                 vm_page_unlock(m);
868         }
869 }
870
871 /*
872  *      vm_page_sleep_if_busy:
873  *
874  *      Sleep and release the page queues lock if the page is busied.
875  *      Returns TRUE if the thread slept.
876  *
877  *      The given page must be unlocked and object containing it must
878  *      be locked.
879  */
880 int
881 vm_page_sleep_if_busy(vm_page_t m, const char *msg)
882 {
883         vm_object_t obj;
884
885         vm_page_lock_assert(m, MA_NOTOWNED);
886         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
887
888         if (vm_page_busied(m)) {
889                 /*
890                  * The page-specific object must be cached because page
891                  * identity can change during the sleep, causing the
892                  * re-lock of a different object.
893                  * It is assumed that a reference to the object is already
894                  * held by the callers.
895                  */
896                 obj = m->object;
897                 vm_page_lock(m);
898                 VM_OBJECT_WUNLOCK(obj);
899                 vm_page_busy_sleep(m, msg);
900                 VM_OBJECT_WLOCK(obj);
901                 return (TRUE);
902         }
903         return (FALSE);
904 }
905
906 /*
907  *      vm_page_dirty_KBI:              [ internal use only ]
908  *
909  *      Set all bits in the page's dirty field.
910  *
911  *      The object containing the specified page must be locked if the
912  *      call is made from the machine-independent layer.
913  *
914  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
915  *
916  *      This function should only be called by vm_page_dirty().
917  */
918 void
919 vm_page_dirty_KBI(vm_page_t m)
920 {
921
922         /* These assertions refer to this operation by its public name. */
923         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
924             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
925         KASSERT(!VM_PAGE_IS_FREE(m),
926             ("vm_page_dirty: page is free!"));
927         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
928             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
929         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
930 }
931
932 /*
933  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
934  *
935  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
936  *
937  *      The object must be locked.
938  */
939 int
940 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
941 {
942         vm_page_t mpred;
943
944         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
945         mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
946         return (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred));
947 }
948
949 /*
950  *      vm_page_insert_after:
951  *
952  *      Inserts the page "m" into the specified object at offset "pindex".
953  *
954  *      The page "mpred" must immediately precede the offset "pindex" within
955  *      the specified object.
956  *
957  *      The object must be locked.
958  */
959 static int
960 vm_page_insert_after(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
961     vm_page_t mpred)
962 {
963         vm_pindex_t sidx;
964         vm_object_t sobj;
965         vm_page_t msucc;
966
967         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
968         KASSERT(m->object == NULL,
969             ("vm_page_insert_after: page already inserted"));
970         if (mpred != NULL) {
971                 KASSERT(mpred->object == object,
972                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
973                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
974                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
975                 msucc = TAILQ_NEXT(mpred, listq);
976         } else
977                 msucc = TAILQ_FIRST(&object->memq);
978         if (msucc != NULL)
979                 KASSERT(msucc->pindex > pindex,
980                     ("vm_page_insert_after: msucc doesn't succeed pindex"));
981
982         /*
983          * Record the object/offset pair in this page
984          */
985         sobj = m->object;
986         sidx = m->pindex;
987         m->object = object;
988         m->pindex = pindex;
989
990         /*
991          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
992          */
993         if (vm_radix_insert(&object->rtree, m)) {
994                 m->object = sobj;
995                 m->pindex = sidx;
996                 return (1);
997         }
998         vm_page_insert_radixdone(m, object, mpred);
999         return (0);
1000 }
1001
1002 /*
1003  *      vm_page_insert_radixdone:
1004  *
1005  *      Complete page "m" insertion into the specified object after the
1006  *      radix trie hooking.
1007  *
1008  *      The page "mpred" must precede the offset "m->pindex" within the
1009  *      specified object.
1010  *
1011  *      The object must be locked.
1012  */
1013 static void
1014 vm_page_insert_radixdone(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_page_t mpred)
1015 {
1016
1017         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1018         KASSERT(object != NULL && m->object == object,
1019             ("vm_page_insert_radixdone: page %p has inconsistent object", m));
1020         if (mpred != NULL) {
1021                 KASSERT(mpred->object == object,
1022                     ("vm_page_insert_after: object doesn't contain mpred"));
1023                 KASSERT(mpred->pindex < m->pindex,
1024                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1025         }
1026
1027         if (mpred != NULL)
1028                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, m, listq);
1029         else
1030                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, m, listq);
1031
1032         /*
1033          * Show that the object has one more resident page.
1034          */
1035         object->resident_page_count++;
1036
1037         /*
1038          * Hold the vnode until the last page is released.
1039          */
1040         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
1041                 vhold(object->handle);
1042
1043         /*
1044          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
1045          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
1046          */
1047         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
1048                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1049 }
1050
1051 /*
1052  *      vm_page_remove:
1053  *
1054  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
1055  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
1056  *      the backing store.
1057  *
1058  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1059  */
1060 void
1061 vm_page_remove(vm_page_t m)
1062 {
1063         vm_object_t object;
1064         boolean_t lockacq;
1065
1066         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1067                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1068         if ((object = m->object) == NULL)
1069                 return;
1070         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1071         if (vm_page_xbusied(m)) {
1072                 lockacq = FALSE;
1073                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 &&
1074                     !mtx_owned(vm_page_lockptr(m))) {
1075                         lockacq = TRUE;
1076                         vm_page_lock(m);
1077                 }
1078                 vm_page_flash(m);
1079                 atomic_store_rel_int(&m->busy_lock, VPB_UNBUSIED);
1080                 if (lockacq)
1081                         vm_page_unlock(m);
1082         }
1083
1084         /*
1085          * Now remove from the object's list of backed pages.
1086          */
1087         vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
1088         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1089
1090         /*
1091          * And show that the object has one fewer resident page.
1092          */
1093         object->resident_page_count--;
1094
1095         /*
1096          * The vnode may now be recycled.
1097          */
1098         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1099                 vdrop(object->handle);
1100
1101         m->object = NULL;
1102 }
1103
1104 /*
1105  *      vm_page_lookup:
1106  *
1107  *      Returns the page associated with the object/offset
1108  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1109  *
1110  *      The object must be locked.
1111  */
1112 vm_page_t
1113 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1114 {
1115
1116         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1117         return (vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex));
1118 }
1119
1120 /*
1121  *      vm_page_find_least:
1122  *
1123  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1124  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1125  *
1126  *      The object must be locked.
1127  */
1128 vm_page_t
1129 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1130 {
1131         vm_page_t m;
1132
1133         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(object);
1134         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL && m->pindex < pindex)
1135                 m = vm_radix_lookup_ge(&object->rtree, pindex);
1136         return (m);
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1141  * resident; if none is found, NULL is returned.
1142  *
1143  * The object must be locked.
1144  */
1145 vm_page_t
1146 vm_page_next(vm_page_t m)
1147 {
1148         vm_page_t next;
1149
1150         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1151         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL &&
1152             next->pindex != m->pindex + 1)
1153                 next = NULL;
1154         return (next);
1155 }
1156
1157 /*
1158  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1159  * resident; if none is found, NULL is returned.
1160  *
1161  * The object must be locked.
1162  */
1163 vm_page_t
1164 vm_page_prev(vm_page_t m)
1165 {
1166         vm_page_t prev;
1167
1168         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
1169         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
1170             prev->pindex != m->pindex - 1)
1171                 prev = NULL;
1172         return (prev);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Uses the page mnew as a replacement for an existing page at index
1177  * pindex which must be already present in the object.
1178  *
1179  * The existing page must not be on a paging queue.
1180  */
1181 vm_page_t
1182 vm_page_replace(vm_page_t mnew, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1183 {
1184         vm_page_t mold, mpred;
1185
1186         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1187
1188         /*
1189          * This function mostly follows vm_page_insert() and
1190          * vm_page_remove() without the radix, object count and vnode
1191          * dance.  Double check such functions for more comments.
1192          */
1193         mpred = vm_radix_lookup(&object->rtree, pindex);
1194         KASSERT(mpred != NULL,
1195             ("vm_page_replace: replacing page not present with pindex"));
1196         mpred = TAILQ_PREV(mpred, respgs, listq);
1197         if (mpred != NULL)
1198                 KASSERT(mpred->pindex < pindex,
1199                     ("vm_page_insert_after: mpred doesn't precede pindex"));
1200
1201         mnew->object = object;
1202         mnew->pindex = pindex;
1203         mold = vm_radix_replace(&object->rtree, mnew, pindex);
1204         KASSERT(mold->queue == PQ_NONE,
1205             ("vm_page_replace: mold is on a paging queue"));
1206
1207         /* Detach the old page from the resident tailq. */
1208         TAILQ_REMOVE(&object->memq, mold, listq);
1209
1210         mold->object = NULL;
1211         vm_page_xunbusy(mold);
1212
1213         /* Insert the new page in the resident tailq. */
1214         if (mpred != NULL)
1215                 TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, mpred, mnew, listq);
1216         else
1217                 TAILQ_INSERT_HEAD(&object->memq, mnew, listq);
1218         if (pmap_page_is_write_mapped(mnew))
1219                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
1220         return (mold);
1221 }
1222
1223 /*
1224  *      vm_page_rename:
1225  *
1226  *      Move the given memory entry from its
1227  *      current object to the specified target object/offset.
1228  *
1229  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1230  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1231  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1232  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1233  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1234  *
1235  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1236  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1237  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1238  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1239  *            on the cache.
1240  *
1241  *      The objects must be locked.
1242  */
1243 int
1244 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1245 {
1246         vm_page_t mpred;
1247         vm_pindex_t opidx;
1248
1249         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1250
1251         mpred = vm_radix_lookup_le(&new_object->rtree, new_pindex);
1252         KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != new_pindex,
1253             ("vm_page_rename: pindex already renamed"));
1254
1255         /*
1256          * Create a custom version of vm_page_insert() which does not depend
1257          * by m_prev and can cheat on the implementation aspects of the
1258          * function.
1259          */
1260         opidx = m->pindex;
1261         m->pindex = new_pindex;
1262         if (vm_radix_insert(&new_object->rtree, m)) {
1263                 m->pindex = opidx;
1264                 return (1);
1265         }
1266
1267         /*
1268          * The operation cannot fail anymore.  The removal must happen before
1269          * the listq iterator is tainted.
1270          */
1271         m->pindex = opidx;
1272         vm_page_lock(m);
1273         vm_page_remove(m);
1274
1275         /* Return back to the new pindex to complete vm_page_insert(). */
1276         m->pindex = new_pindex;
1277         m->object = new_object;
1278         vm_page_unlock(m);
1279         vm_page_insert_radixdone(m, new_object, mpred);
1280         vm_page_dirty(m);
1281         return (0);
1282 }
1283
1284 /*
1285  *      Convert all of the given object's cached pages that have a
1286  *      pindex within the given range into free pages.  If the value
1287  *      zero is given for "end", then the range's upper bound is
1288  *      infinity.  If the given object is backed by a vnode and it
1289  *      transitions from having one or more cached pages to none, the
1290  *      vnode's hold count is reduced. 
1291  */
1292 void
1293 vm_page_cache_free(vm_object_t object, vm_pindex_t start, vm_pindex_t end)
1294 {
1295         vm_page_t m;
1296         boolean_t empty;
1297
1298         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1299         if (__predict_false(vm_radix_is_empty(&object->cache))) {
1300                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1301                 return;
1302         }
1303         while ((m = vm_radix_lookup_ge(&object->cache, start)) != NULL) {
1304                 if (end != 0 && m->pindex >= end)
1305                         break;
1306                 vm_radix_remove(&object->cache, m->pindex);
1307                 vm_page_cache_turn_free(m);
1308         }
1309         empty = vm_radix_is_empty(&object->cache);
1310         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1311         if (object->type == OBJT_VNODE && empty)
1312                 vdrop(object->handle);
1313 }
1314
1315 /*
1316  *      Returns the cached page that is associated with the given
1317  *      object and offset.  If, however, none exists, returns NULL.
1318  *
1319  *      The free page queue must be locked.
1320  */
1321 static inline vm_page_t
1322 vm_page_cache_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1323 {
1324
1325         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1326         return (vm_radix_lookup(&object->cache, pindex));
1327 }
1328
1329 /*
1330  *      Remove the given cached page from its containing object's
1331  *      collection of cached pages.
1332  *
1333  *      The free page queue must be locked.
1334  */
1335 static void
1336 vm_page_cache_remove(vm_page_t m)
1337 {
1338
1339         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1340         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) != 0,
1341             ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached", m));
1342         vm_radix_remove(&m->object->cache, m->pindex);
1343         m->object = NULL;
1344         cnt.v_cache_count--;
1345 }
1346
1347 /*
1348  *      Transfer all of the cached pages with offset greater than or
1349  *      equal to 'offidxstart' from the original object's cache to the
1350  *      new object's cache.  However, any cached pages with offset
1351  *      greater than or equal to the new object's size are kept in the
1352  *      original object.  Initially, the new object's cache must be
1353  *      empty.  Offset 'offidxstart' in the original object must
1354  *      correspond to offset zero in the new object.
1355  *
1356  *      The new object must be locked.
1357  */
1358 void
1359 vm_page_cache_transfer(vm_object_t orig_object, vm_pindex_t offidxstart,
1360     vm_object_t new_object)
1361 {
1362         vm_page_t m;
1363
1364         /*
1365          * Insertion into an object's collection of cached pages
1366          * requires the object to be locked.  In contrast, removal does
1367          * not.
1368          */
1369         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(new_object);
1370         KASSERT(vm_radix_is_empty(&new_object->cache),
1371             ("vm_page_cache_transfer: object %p has cached pages",
1372             new_object));
1373         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1374         while ((m = vm_radix_lookup_ge(&orig_object->cache,
1375             offidxstart)) != NULL) {
1376                 /*
1377                  * Transfer all of the pages with offset greater than or
1378                  * equal to 'offidxstart' from the original object's
1379                  * cache to the new object's cache.
1380                  */
1381                 if ((m->pindex - offidxstart) >= new_object->size)
1382                         break;
1383                 vm_radix_remove(&orig_object->cache, m->pindex);
1384                 /* Update the page's object and offset. */
1385                 m->object = new_object;
1386                 m->pindex -= offidxstart;
1387                 if (vm_radix_insert(&new_object->cache, m))
1388                         vm_page_cache_turn_free(m);
1389         }
1390         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1391 }
1392
1393 /*
1394  *      Returns TRUE if a cached page is associated with the given object and
1395  *      offset, and FALSE otherwise.
1396  *
1397  *      The object must be locked.
1398  */
1399 boolean_t
1400 vm_page_is_cached(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1401 {
1402         vm_page_t m;
1403
1404         /*
1405          * Insertion into an object's collection of cached pages requires the
1406          * object to be locked.  Therefore, if the object is locked and the
1407          * object's collection is empty, there is no need to acquire the free
1408          * page queues lock in order to prove that the specified page doesn't
1409          * exist.
1410          */
1411         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1412         if (__predict_true(vm_object_cache_is_empty(object)))
1413                 return (FALSE);
1414         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1415         m = vm_page_cache_lookup(object, pindex);
1416         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1417         return (m != NULL);
1418 }
1419
1420 /*
1421  *      vm_page_alloc:
1422  *
1423  *      Allocate and return a page that is associated with the specified
1424  *      object and offset pair.  By default, this page is exclusive busied.
1425  *
1426  *      The caller must always specify an allocation class.
1427  *
1428  *      allocation classes:
1429  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1430  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1431  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1432  *
1433  *      optional allocation flags:
1434  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1435  *                              intends to allocate
1436  *      VM_ALLOC_IFCACHED       return page only if it is cached
1437  *      VM_ALLOC_IFNOTCACHED    return NULL, do not reactivate if the page
1438  *                              is cached
1439  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1440  *      VM_ALLOC_NODUMP         do not include the page in a kernel core dump
1441  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1442  *                              should not be exclusive busy 
1443  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1444  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1445  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1446  *
1447  *      This routine may not sleep.
1448  */
1449 vm_page_t
1450 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1451 {
1452         struct vnode *vp = NULL;
1453         vm_object_t m_object;
1454         vm_page_t m, mpred;
1455         int flags, req_class;
1456
1457         mpred = 0;      /* XXX: pacify gcc */
1458         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1459             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1460             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1461             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1462             ("vm_page_alloc: inconsistent object(%p)/req(%x)", (void *)object,
1463             req));
1464         if (object != NULL)
1465                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1466
1467         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1468
1469         /*
1470          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1471          */
1472         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1473                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1474
1475         if (object != NULL) {
1476                 mpred = vm_radix_lookup_le(&object->rtree, pindex);
1477                 KASSERT(mpred == NULL || mpred->pindex != pindex,
1478                    ("vm_page_alloc: pindex already allocated"));
1479         }
1480
1481         /*
1482          * The page allocation request can came from consumers which already
1483          * hold the free page queue mutex, like vm_page_insert() in
1484          * vm_page_cache().
1485          */
1486         mtx_lock_flags(&vm_page_queue_free_mtx, MTX_RECURSE);
1487         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1488             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1489             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1490             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1491             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1492                 /*
1493                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
1494                  * exceeds the minimum for the request class.
1495                  */
1496                 if (object != NULL &&
1497                     (m = vm_page_cache_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1498                         if ((req & VM_ALLOC_IFNOTCACHED) != 0) {
1499                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1500                                 return (NULL);
1501                         }
1502                         if (vm_phys_unfree_page(m))
1503                                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_DEFAULT, m, 0);
1504 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1505                         else if (!vm_reserv_reactivate_page(m))
1506 #else
1507                         else
1508 #endif
1509                                 panic("vm_page_alloc: cache page %p is missing"
1510                                     " from the free queue", m);
1511                 } else if ((req & VM_ALLOC_IFCACHED) != 0) {
1512                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1513                         return (NULL);
1514 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1515                 } else if (object == NULL || (object->flags & (OBJ_COLORED |
1516                     OBJ_FICTITIOUS)) != OBJ_COLORED || (m =
1517                     vm_reserv_alloc_page(object, pindex, mpred)) == NULL) {
1518 #else
1519                 } else {
1520 #endif
1521                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1522                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1523 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1524                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1525                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1526                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1527                                     0);
1528                         }
1529 #endif
1530                 }
1531         } else {
1532                 /*
1533                  * Not allocatable, give up.
1534                  */
1535                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1536                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1537                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1538                 pagedaemon_wakeup();
1539                 return (NULL);
1540         }
1541
1542         /*
1543          *  At this point we had better have found a good page.
1544          */
1545         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1546         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1547             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1548         KASSERT(m->wire_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is wired", m));
1549         KASSERT(m->hold_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is held", m));
1550         KASSERT(!vm_page_sbusied(m), 
1551             ("vm_page_alloc: page %p is busy", m));
1552         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: page %p is dirty", m));
1553         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1554             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected memattr %d", m,
1555             pmap_page_get_memattr(m)));
1556         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1557                 KASSERT((m->flags & PG_ZERO) == 0,
1558                     ("vm_page_alloc: cached page %p is PG_ZERO", m));
1559                 KASSERT(m->valid != 0,
1560                     ("vm_page_alloc: cached page %p is invalid", m));
1561                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
1562                         cnt.v_reactivated++;
1563                 else
1564                         m->valid = 0;
1565                 m_object = m->object;
1566                 vm_page_cache_remove(m);
1567                 if (m_object->type == OBJT_VNODE &&
1568                     vm_object_cache_is_empty(m_object))
1569                         vp = m_object->handle;
1570         } else {
1571                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1572                     ("vm_page_alloc: page %p is not free", m));
1573                 KASSERT(m->valid == 0,
1574                     ("vm_page_alloc: free page %p is valid", m));
1575                 vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1576         }
1577
1578         /*
1579          * Only the PG_ZERO flag is inherited.  The PG_CACHED or PG_FREE flag
1580          * must be cleared before the free page queues lock is released.
1581          */
1582         flags = 0;
1583         if (m->flags & PG_ZERO) {
1584                 vm_page_zero_count--;
1585                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
1586                         flags = PG_ZERO;
1587         }
1588         if (req & VM_ALLOC_NODUMP)
1589                 flags |= PG_NODUMP;
1590         m->flags = flags;
1591         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1592         m->aflags = 0;
1593         m->oflags = object == NULL || (object->flags & OBJ_UNMANAGED) != 0 ?
1594             VPO_UNMANAGED : 0;
1595         m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1596         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1597                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1598         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1599                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1600         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1601                 /*
1602                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1603                  * page is inserted into the object.
1604                  */
1605                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1606                 m->wire_count = 1;
1607         }
1608         m->act_count = 0;
1609
1610         if (object != NULL) {
1611                 if (vm_page_insert_after(m, object, pindex, mpred)) {
1612                         /* See the comment below about hold count. */
1613                         if (vp != NULL)
1614                                 vdrop(vp);
1615                         pagedaemon_wakeup();
1616                         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1617                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1618                                 m->wire_count = 0;
1619                         }
1620                         m->object = NULL;
1621                         vm_page_free(m);
1622                         return (NULL);
1623                 }
1624
1625                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1626                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1627                     (object->flags & OBJ_FICTITIOUS) == 0)
1628                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1629         } else
1630                 m->pindex = pindex;
1631
1632         /*
1633          * The following call to vdrop() must come after the above call
1634          * to vm_page_insert() in case both affect the same object and
1635          * vnode.  Otherwise, the affected vnode's hold count could
1636          * temporarily become zero.
1637          */
1638         if (vp != NULL)
1639                 vdrop(vp);
1640
1641         /*
1642          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1643          * we would be nearly out of memory.
1644          */
1645         if (vm_paging_needed())
1646                 pagedaemon_wakeup();
1647
1648         return (m);
1649 }
1650
1651 static void
1652 vm_page_alloc_contig_vdrop(struct spglist *lst)
1653 {
1654
1655         while (!SLIST_EMPTY(lst)) {
1656                 vdrop((struct vnode *)SLIST_FIRST(lst)-> plinks.s.pv);
1657                 SLIST_REMOVE_HEAD(lst, plinks.s.ss);
1658         }
1659 }
1660
1661 /*
1662  *      vm_page_alloc_contig:
1663  *
1664  *      Allocate a contiguous set of physical pages of the given size "npages"
1665  *      from the free lists.  All of the physical pages must be at or above
1666  *      the given physical address "low" and below the given physical address
1667  *      "high".  The given value "alignment" determines the alignment of the
1668  *      first physical page in the set.  If the given value "boundary" is
1669  *      non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical
1670  *      address boundary that is a multiple of that value.  Both "alignment"
1671  *      and "boundary" must be a power of two.
1672  *
1673  *      If the specified memory attribute, "memattr", is VM_MEMATTR_DEFAULT,
1674  *      then the memory attribute setting for the physical pages is configured
1675  *      to the object's memory attribute setting.  Otherwise, the memory
1676  *      attribute setting for the physical pages is configured to "memattr",
1677  *      overriding the object's memory attribute setting.  However, if the
1678  *      object's memory attribute setting is not VM_MEMATTR_DEFAULT, then the
1679  *      memory attribute setting for the physical pages cannot be configured
1680  *      to VM_MEMATTR_DEFAULT.
1681  *
1682  *      The caller must always specify an allocation class.
1683  *
1684  *      allocation classes:
1685  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1686  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1687  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1688  *
1689  *      optional allocation flags:
1690  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not exclusive busy the page
1691  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with an object and
1692  *                              should not be exclusive busy 
1693  *      VM_ALLOC_SBUSY          shared busy the allocated page
1694  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1695  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1696  *
1697  *      This routine may not sleep.
1698  */
1699 vm_page_t
1700 vm_page_alloc_contig(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req,
1701     u_long npages, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, u_long alignment,
1702     vm_paddr_t boundary, vm_memattr_t memattr)
1703 {
1704         struct vnode *drop;
1705         struct spglist deferred_vdrop_list;
1706         vm_page_t m, m_tmp, m_ret;
1707         u_int flags, oflags;
1708         int req_class;
1709
1710         KASSERT((object != NULL) == ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) &&
1711             (object != NULL || (req & VM_ALLOC_SBUSY) == 0) &&
1712             ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) !=
1713             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)),
1714             ("vm_page_alloc: inconsistent object(%p)/req(%x)", (void *)object,
1715             req));
1716         if (object != NULL) {
1717                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
1718                 KASSERT(object->type == OBJT_PHYS,
1719                     ("vm_page_alloc_contig: object %p isn't OBJT_PHYS",
1720                     object));
1721         }
1722         KASSERT(npages > 0, ("vm_page_alloc_contig: npages is zero"));
1723         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1724
1725         /*
1726          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1727          */
1728         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1729                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1730
1731         SLIST_INIT(&deferred_vdrop_list);
1732         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1733         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count >= npages +
1734             cnt.v_free_reserved || (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1735             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count >= npages +
1736             cnt.v_interrupt_free_min) || (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1737             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count >= npages)) {
1738 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1739 retry:
1740                 if (object == NULL || (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1741                     (m_ret = vm_reserv_alloc_contig(object, pindex, npages,
1742                     low, high, alignment, boundary)) == NULL)
1743 #endif
1744                         m_ret = vm_phys_alloc_contig(npages, low, high,
1745                             alignment, boundary);
1746         } else {
1747                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1748                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit, npages);
1749                 pagedaemon_wakeup();
1750                 return (NULL);
1751         }
1752         if (m_ret != NULL)
1753                 for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1754                         drop = vm_page_alloc_init(m);
1755                         if (drop != NULL) {
1756                                 /*
1757                                  * Enqueue the vnode for deferred vdrop().
1758                                  */
1759                                 m->plinks.s.pv = drop;
1760                                 SLIST_INSERT_HEAD(&deferred_vdrop_list, m,
1761                                     plinks.s.ss);
1762                         }
1763                 }
1764         else {
1765 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1766                 if (vm_reserv_reclaim_contig(npages, low, high, alignment,
1767                     boundary))
1768                         goto retry;
1769 #endif
1770         }
1771         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1772         if (m_ret == NULL)
1773                 return (NULL);
1774
1775         /*
1776          * Initialize the pages.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1777          */
1778         flags = 0;
1779         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1780                 flags = PG_ZERO;
1781         if ((req & VM_ALLOC_NODUMP) != 0)
1782                 flags |= PG_NODUMP;
1783         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1784                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, npages);
1785         oflags = VPO_UNMANAGED;
1786         if (object != NULL) {
1787                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1788                     memattr == VM_MEMATTR_DEFAULT)
1789                         memattr = object->memattr;
1790         }
1791         for (m = m_ret; m < &m_ret[npages]; m++) {
1792                 m->aflags = 0;
1793                 m->flags = (m->flags | PG_NODUMP) & flags;
1794                 m->busy_lock = VPB_UNBUSIED;
1795                 if (object != NULL) {
1796                         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
1797                                 m->busy_lock = VPB_SINGLE_EXCLUSIVER;
1798                         if ((req & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
1799                                 m->busy_lock = VPB_SHARERS_WORD(1);
1800                 }
1801                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1802                         m->wire_count = 1;
1803                 /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1804                 m->oflags = oflags;
1805                 if (object != NULL) {
1806                         if (vm_page_insert(m, object, pindex)) {
1807                                 vm_page_alloc_contig_vdrop(
1808                                     &deferred_vdrop_list);
1809                                 if (vm_paging_needed())
1810                                         pagedaemon_wakeup();
1811                                 if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1812                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1813                                             npages);
1814                                 for (m_tmp = m, m = m_ret;
1815                                     m < &m_ret[npages]; m++) {
1816                                         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0)
1817                                                 m->wire_count = 0;
1818                                         if (m >= m_tmp)
1819                                                 m->object = NULL;
1820                                         vm_page_free(m);
1821                                 }
1822                                 return (NULL);
1823                         }
1824                 } else
1825                         m->pindex = pindex;
1826                 if (memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1827                         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
1828                 pindex++;
1829         }
1830         vm_page_alloc_contig_vdrop(&deferred_vdrop_list);
1831         if (vm_paging_needed())
1832                 pagedaemon_wakeup();
1833         return (m_ret);
1834 }
1835
1836 /*
1837  * Initialize a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1838  * The caller has to drop the vnode returned, if it is not NULL.
1839  *
1840  * This function may only be used to initialize unmanaged pages.
1841  *
1842  * To be called with vm_page_queue_free_mtx held.
1843  */
1844 static struct vnode *
1845 vm_page_alloc_init(vm_page_t m)
1846 {
1847         struct vnode *drop;
1848         vm_object_t m_object;
1849
1850         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1851             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected queue %d",
1852             m, m->queue));
1853         KASSERT(m->wire_count == 0,
1854             ("vm_page_alloc_init: page %p is wired", m));
1855         KASSERT(m->hold_count == 0,
1856             ("vm_page_alloc_init: page %p is held", m));
1857         KASSERT(!vm_page_sbusied(m),
1858             ("vm_page_alloc_init: page %p is busy", m));
1859         KASSERT(m->dirty == 0,
1860             ("vm_page_alloc_init: page %p is dirty", m));
1861         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1862             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected memattr %d",
1863             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1864         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1865         drop = NULL;
1866         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1867                 KASSERT((m->flags & PG_ZERO) == 0,
1868                     ("vm_page_alloc_init: cached page %p is PG_ZERO", m));
1869                 m->valid = 0;
1870                 m_object = m->object;
1871                 vm_page_cache_remove(m);
1872                 if (m_object->type == OBJT_VNODE &&
1873                     vm_object_cache_is_empty(m_object))
1874                         drop = m_object->handle;
1875         } else {
1876                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1877                     ("vm_page_alloc_init: page %p is not free", m));
1878                 KASSERT(m->valid == 0,
1879                     ("vm_page_alloc_init: free page %p is valid", m));
1880                 vm_phys_freecnt_adj(m, -1);
1881                 if ((m->flags & PG_ZERO) != 0)
1882                         vm_page_zero_count--;
1883         }
1884         /* Don't clear the PG_ZERO flag; we'll need it later. */
1885         m->flags &= PG_ZERO;
1886         return (drop);
1887 }
1888
1889 /*
1890  *      vm_page_alloc_freelist:
1891  *
1892  *      Allocate a physical page from the specified free page list.
1893  *
1894  *      The caller must always specify an allocation class.
1895  *
1896  *      allocation classes:
1897  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1898  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1899  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1900  *
1901  *      optional allocation flags:
1902  *      VM_ALLOC_COUNT(number)  the number of additional pages that the caller
1903  *                              intends to allocate
1904  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1905  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1906  *
1907  *      This routine may not sleep.
1908  */
1909 vm_page_t
1910 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1911 {
1912         struct vnode *drop;
1913         vm_page_t m;
1914         u_int flags;
1915         int req_class;
1916
1917         req_class = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1918
1919         /*
1920          * The page daemon is allowed to dig deeper into the free page list.
1921          */
1922         if (curproc == pageproc && req_class != VM_ALLOC_INTERRUPT)
1923                 req_class = VM_ALLOC_SYSTEM;
1924
1925         /*
1926          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1927          */
1928         mtx_lock_flags(&vm_page_queue_free_mtx, MTX_RECURSE);
1929         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1930             (req_class == VM_ALLOC_SYSTEM &&
1931             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1932             (req_class == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1933             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0))
1934                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1935         else {
1936                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1937                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1938                     max((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1939                 pagedaemon_wakeup();
1940                 return (NULL);
1941         }
1942         if (m == NULL) {
1943                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1944                 return (NULL);
1945         }
1946         drop = vm_page_alloc_init(m);
1947         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1948
1949         /*
1950          * Initialize the page.  Only the PG_ZERO flag is inherited.
1951          */
1952         m->aflags = 0;
1953         flags = 0;
1954         if ((req & VM_ALLOC_ZERO) != 0)
1955                 flags = PG_ZERO;
1956         m->flags &= flags;
1957         if ((req & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
1958                 /*
1959                  * The page lock is not required for wiring a page that does
1960                  * not belong to an object.
1961                  */
1962                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1963                 m->wire_count = 1;
1964         }
1965         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1966         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1967         if (drop != NULL)
1968                 vdrop(drop);
1969         if (vm_paging_needed())
1970                 pagedaemon_wakeup();
1971         return (m);
1972 }
1973
1974 /*
1975  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
1976  *
1977  *      Sleep until free pages are available for allocation.
1978  *      - Called in various places before memory allocations.
1979  */
1980 void
1981 vm_wait(void)
1982 {
1983
1984         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1985         if (curproc == pageproc) {
1986                 vm_pageout_pages_needed = 1;
1987                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
1988                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
1989         } else {
1990                 if (!vm_pages_needed) {
1991                         vm_pages_needed = 1;
1992                         wakeup(&vm_pages_needed);
1993                 }
1994                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
1995                     "vmwait", 0);
1996         }
1997 }
1998
1999 /*
2000  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
2001  *
2002  *      Sleep until free pages are available for allocation.
2003  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
2004  *        can be easily tracked.
2005  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
2006  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
2007  *        this balance without careful testing first.
2008  */
2009 void
2010 vm_waitpfault(void)
2011 {
2012
2013         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2014         if (!vm_pages_needed) {
2015                 vm_pages_needed = 1;
2016                 wakeup(&vm_pages_needed);
2017         }
2018         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
2019             "pfault", 0);
2020 }
2021
2022 struct vm_pagequeue *
2023 vm_page_pagequeue(vm_page_t m)
2024 {
2025
2026         return (&vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[m->queue]);
2027 }
2028
2029 /*
2030  *      vm_page_dequeue:
2031  *
2032  *      Remove the given page from its current page queue.
2033  *
2034  *      The page must be locked.
2035  */
2036 void
2037 vm_page_dequeue(vm_page_t m)
2038 {
2039         struct vm_pagequeue *pq;
2040
2041         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2042         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2043             ("vm_page_dequeue: page %p is not queued", m));
2044         pq = vm_page_pagequeue(m);
2045         vm_pagequeue_lock(pq);
2046         m->queue = PQ_NONE;
2047         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2048         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2049         vm_pagequeue_unlock(pq);
2050 }
2051
2052 /*
2053  *      vm_page_dequeue_locked:
2054  *
2055  *      Remove the given page from its current page queue.
2056  *
2057  *      The page and page queue must be locked.
2058  */
2059 void
2060 vm_page_dequeue_locked(vm_page_t m)
2061 {
2062         struct vm_pagequeue *pq;
2063
2064         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2065         pq = vm_page_pagequeue(m);
2066         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2067         m->queue = PQ_NONE;
2068         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2069         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
2070 }
2071
2072 /*
2073  *      vm_page_enqueue:
2074  *
2075  *      Add the given page to the specified page queue.
2076  *
2077  *      The page must be locked.
2078  */
2079 static void
2080 vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m)
2081 {
2082         struct vm_pagequeue *pq;
2083
2084         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2085         pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[queue];
2086         vm_pagequeue_lock(pq);
2087         m->queue = queue;
2088         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2089         vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2090         vm_pagequeue_unlock(pq);
2091 }
2092
2093 /*
2094  *      vm_page_requeue:
2095  *
2096  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2097  *
2098  *      The page must be locked.
2099  */
2100 void
2101 vm_page_requeue(vm_page_t m)
2102 {
2103         struct vm_pagequeue *pq;
2104
2105         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2106         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2107             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
2108         pq = vm_page_pagequeue(m);
2109         vm_pagequeue_lock(pq);
2110         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2111         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2112         vm_pagequeue_unlock(pq);
2113 }
2114
2115 /*
2116  *      vm_page_requeue_locked:
2117  *
2118  *      Move the given page to the tail of its current page queue.
2119  *
2120  *      The page queue must be locked.
2121  */
2122 void
2123 vm_page_requeue_locked(vm_page_t m)
2124 {
2125         struct vm_pagequeue *pq;
2126
2127         KASSERT(m->queue != PQ_NONE,
2128             ("vm_page_requeue_locked: page %p is not queued", m));
2129         pq = vm_page_pagequeue(m);
2130         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
2131         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2132         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2133 }
2134
2135 /*
2136  *      vm_page_activate:
2137  *
2138  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
2139  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
2140  *      mess with it.
2141  *
2142  *      The page must be locked.
2143  */
2144 void
2145 vm_page_activate(vm_page_t m)
2146 {
2147         int queue;
2148
2149         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2150         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
2151                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2152                         if (m->act_count < ACT_INIT)
2153                                 m->act_count = ACT_INIT;
2154                         if (queue != PQ_NONE)
2155                                 vm_page_dequeue(m);
2156                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
2157                 } else
2158                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
2159                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
2160         } else {
2161                 if (m->act_count < ACT_INIT)
2162                         m->act_count = ACT_INIT;
2163         }
2164 }
2165
2166 /*
2167  *      vm_page_free_wakeup:
2168  *
2169  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
2170  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
2171  *      queues.
2172  *
2173  *      The page queues must be locked.
2174  */
2175 static inline void
2176 vm_page_free_wakeup(void)
2177 {
2178
2179         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
2180         /*
2181          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
2182          * some free.
2183          */
2184         if (vm_pageout_pages_needed &&
2185             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
2186                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
2187                 vm_pageout_pages_needed = 0;
2188         }
2189         /*
2190          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
2191          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
2192          * lots of memory. this process will swapin processes.
2193          */
2194         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
2195                 vm_pages_needed = 0;
2196                 wakeup(&cnt.v_free_count);
2197         }
2198 }
2199
2200 /*
2201  *      Turn a cached page into a free page, by changing its attributes.
2202  *      Keep the statistics up-to-date.
2203  *
2204  *      The free page queue must be locked.
2205  */
2206 static void
2207 vm_page_cache_turn_free(vm_page_t m)
2208 {
2209
2210         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
2211
2212         m->object = NULL;
2213         m->valid = 0;
2214         /* Clear PG_CACHED and set PG_FREE. */
2215         m->flags ^= PG_CACHED | PG_FREE;
2216         KASSERT((m->flags & (PG_CACHED | PG_FREE)) == PG_FREE,
2217             ("vm_page_cache_free: page %p has inconsistent flags", m));
2218         cnt.v_cache_count--;
2219         vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2220 }
2221
2222 /*
2223  *      vm_page_free_toq:
2224  *
2225  *      Returns the given page to the free list,
2226  *      disassociating it with any VM object.
2227  *
2228  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
2229  */
2230 void
2231 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
2232 {
2233
2234         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2235                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2236                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2237                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
2238         } else
2239                 KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
2240                     ("vm_page_free_toq: unmanaged page %p is queued", m));
2241         PCPU_INC(cnt.v_tfree);
2242
2243         if (VM_PAGE_IS_FREE(m))
2244                 panic("vm_page_free: freeing free page %p", m);
2245         else if (vm_page_sbusied(m))
2246                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
2247
2248         /*
2249          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
2250          * the page here because we do not want to call the pager's
2251          * callback routine until after we've put the page on the
2252          * appropriate free queue.
2253          */
2254         vm_page_remque(m);
2255         vm_page_remove(m);
2256
2257         /*
2258          * If fictitious remove object association and
2259          * return, otherwise delay object association removal.
2260          */
2261         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2262                 return;
2263         }
2264
2265         m->valid = 0;
2266         vm_page_undirty(m);
2267
2268         if (m->wire_count != 0)
2269                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
2270         if (m->hold_count != 0) {
2271                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2272                 KASSERT((m->flags & PG_UNHOLDFREE) == 0,
2273                     ("vm_page_free: freeing PG_UNHOLDFREE page %p", m));
2274                 m->flags |= PG_UNHOLDFREE;
2275         } else {
2276                 /*
2277                  * Restore the default memory attribute to the page.
2278                  */
2279                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2280                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2281
2282                 /*
2283                  * Insert the page into the physical memory allocator's
2284                  * cache/free page queues.
2285                  */
2286                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2287                 m->flags |= PG_FREE;
2288                 vm_phys_freecnt_adj(m, 1);
2289 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2290                 if (!vm_reserv_free_page(m))
2291 #else
2292                 if (TRUE)
2293 #endif
2294                         vm_phys_free_pages(m, 0);
2295                 if ((m->flags & PG_ZERO) != 0)
2296                         ++vm_page_zero_count;
2297                 else
2298                         vm_page_zero_idle_wakeup();
2299                 vm_page_free_wakeup();
2300                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2301         }
2302 }
2303
2304 /*
2305  *      vm_page_wire:
2306  *
2307  *      Mark this page as wired down by yet
2308  *      another map, removing it from paging queues
2309  *      as necessary.
2310  *
2311  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
2312  *
2313  *      The page must be locked.
2314  */
2315 void
2316 vm_page_wire(vm_page_t m)
2317 {
2318
2319         /*
2320          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
2321          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
2322          * it is already off the queues).
2323          */
2324         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2325         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2326                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2327                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
2328                     m));
2329                 return;
2330         }
2331         if (m->wire_count == 0) {
2332                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 ||
2333                     m->queue == PQ_NONE,
2334                     ("vm_page_wire: unmanaged page %p is queued", m));
2335                 vm_page_remque(m);
2336                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2337         }
2338         m->wire_count++;
2339         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
2340 }
2341
2342 /*
2343  * vm_page_unwire:
2344  *
2345  * Release one wiring of the specified page, potentially enabling it to be
2346  * paged again.  If paging is enabled, then the value of the parameter
2347  * "activate" determines to which queue the page is added.  If "activate" is
2348  * non-zero, then the page is added to the active queue.  Otherwise, it is
2349  * added to the inactive queue.
2350  *
2351  * However, unless the page belongs to an object, it is not enqueued because
2352  * it cannot be paged out.
2353  *
2354  * If a page is fictitious, then its wire count must always be one.
2355  *
2356  * A managed page must be locked.
2357  */
2358 void
2359 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
2360 {
2361
2362         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2363                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2364         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2365                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2366             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2367                 return;
2368         }
2369         if (m->wire_count > 0) {
2370                 m->wire_count--;
2371                 if (m->wire_count == 0) {
2372                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2373                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
2374                             m->object == NULL)
2375                                 return;
2376                         if (!activate)
2377                                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2378                         vm_page_enqueue(activate ? PQ_ACTIVE : PQ_INACTIVE, m);
2379                 }
2380         } else
2381                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2382 }
2383
2384 /*
2385  * Move the specified page to the inactive queue.
2386  *
2387  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2388  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2389  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2390  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2391  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2392  * if not actively re-referenced, reclaimed more quickly.  If we just
2393  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2394  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2395  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2396  * reused more quickly.
2397  *
2398  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2399  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2400  * except without unmapping it from the process address space.
2401  *
2402  * The page must be locked.
2403  */
2404 static inline void
2405 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
2406 {
2407         struct vm_pagequeue *pq;
2408         int queue;
2409
2410         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2411
2412         /*
2413          * Ignore if already inactive.
2414          */
2415         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE)
2416                 return;
2417         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2418                 if (queue != PQ_NONE)
2419                         vm_page_dequeue(m);
2420                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2421                 pq = &vm_phys_domain(m)->vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE];
2422                 vm_pagequeue_lock(pq);
2423                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2424                 if (athead)
2425                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2426                 else
2427                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
2428                 vm_pagequeue_cnt_inc(pq);
2429                 vm_pagequeue_unlock(pq);
2430         }
2431 }
2432
2433 /*
2434  * Move the specified page to the inactive queue.
2435  *
2436  * The page must be locked.
2437  */
2438 void
2439 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2440 {
2441
2442         _vm_page_deactivate(m, 0);
2443 }
2444
2445 /*
2446  * vm_page_try_to_cache:
2447  *
2448  * Returns 0 on failure, 1 on success
2449  */
2450 int
2451 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2452 {
2453
2454         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2455         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2456         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2457             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_busied(m))
2458                 return (0);
2459         pmap_remove_all(m);
2460         if (m->dirty)
2461                 return (0);
2462         vm_page_cache(m);
2463         return (1);
2464 }
2465
2466 /*
2467  * vm_page_try_to_free()
2468  *
2469  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2470  *      1 is returned on success, 0 on failure.
2471  */
2472 int
2473 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2474 {
2475
2476         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2477         if (m->object != NULL)
2478                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2479         if (m->dirty || m->hold_count || m->wire_count ||
2480             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || vm_page_busied(m))
2481                 return (0);
2482         pmap_remove_all(m);
2483         if (m->dirty)
2484                 return (0);
2485         vm_page_free(m);
2486         return (1);
2487 }
2488
2489 /*
2490  * vm_page_cache
2491  *
2492  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2493  *
2494  * The object and page must be locked.
2495  */
2496 void
2497 vm_page_cache(vm_page_t m)
2498 {
2499         vm_object_t object;
2500         boolean_t cache_was_empty;
2501
2502         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2503         object = m->object;
2504         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2505         if (vm_page_busied(m) || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) ||
2506             m->hold_count || m->wire_count)
2507                 panic("vm_page_cache: attempting to cache busy page");
2508         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2509             ("vm_page_cache: page %p is mapped", m));
2510         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_cache: page %p is dirty", m));
2511         if (m->valid == 0 || object->type == OBJT_DEFAULT ||
2512             (object->type == OBJT_SWAP &&
2513             !vm_pager_has_page(object, m->pindex, NULL, NULL))) {
2514                 /*
2515                  * Hypothesis: A cache-elgible page belonging to a
2516                  * default object or swap object but without a backing
2517                  * store must be zero filled.
2518                  */
2519                 vm_page_free(m);
2520                 return;
2521         }
2522         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
2523             ("vm_page_cache: page %p is already cached", m));
2524
2525         /*
2526          * Remove the page from the paging queues.
2527          */
2528         vm_page_remque(m);
2529
2530         /*
2531          * Remove the page from the object's collection of resident
2532          * pages. 
2533          */
2534         vm_radix_remove(&object->rtree, m->pindex);
2535         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
2536         object->resident_page_count--;
2537
2538         /*
2539          * Restore the default memory attribute to the page.
2540          */
2541         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2542                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2543
2544         /*
2545          * Insert the page into the object's collection of cached pages
2546          * and the physical memory allocator's cache/free page queues.
2547          */
2548         m->flags &= ~PG_ZERO;
2549         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2550         cache_was_empty = vm_radix_is_empty(&object->cache);
2551         if (vm_radix_insert(&object->cache, m)) {
2552                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2553                 if (object->resident_page_count == 0)
2554                         vdrop(object->handle);
2555                 m->object = NULL;
2556                 vm_page_free(m);
2557                 return;
2558         }
2559
2560         /*
2561          * The above call to vm_radix_insert() could reclaim the one pre-
2562          * existing cached page from this object, resulting in a call to
2563          * vdrop().
2564          */
2565         if (!cache_was_empty)
2566                 cache_was_empty = vm_radix_is_singleton(&object->cache);
2567
2568         m->flags |= PG_CACHED;
2569         cnt.v_cache_count++;
2570         PCPU_INC(cnt.v_tcached);
2571 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2572         if (!vm_reserv_free_page(m)) {
2573 #else
2574         if (TRUE) {
2575 #endif
2576                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_CACHE, m, 0);
2577                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2578         }
2579         vm_page_free_wakeup();
2580         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2581
2582         /*
2583          * Increment the vnode's hold count if this is the object's only
2584          * cached page.  Decrement the vnode's hold count if this was
2585          * the object's only resident page.
2586          */
2587         if (object->type == OBJT_VNODE) {
2588                 if (cache_was_empty && object->resident_page_count != 0)
2589                         vhold(object->handle);
2590                 else if (!cache_was_empty && object->resident_page_count == 0)
2591                         vdrop(object->handle);
2592         }
2593 }
2594
2595 /*
2596  * vm_page_advise
2597  *
2598  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2599  *      is used by madvise().
2600  *
2601  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
2602  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2603  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2604  *      fully cached.  On the other hand, if we move the page to the inactive
2605  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2606  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2607  *
2608  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2609  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2610  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
2611  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
2612  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2613  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
2614  *      often.
2615  *
2616  *      The object and page must be locked.
2617  */
2618 void
2619 vm_page_advise(vm_page_t m, int advice)
2620 {
2621         int dnw, head;
2622
2623         vm_page_assert_locked(m);
2624         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2625         if (advice == MADV_FREE) {
2626                 /*
2627                  * Mark the page clean.  This will allow the page to be freed
2628                  * up by the system.  However, such pages are often reused
2629                  * quickly by malloc() so we do not do anything that would
2630                  * cause a page fault if we can help it.
2631                  *
2632                  * Specifically, we do not try to actually free the page now
2633                  * nor do we try to put it in the cache (which would cause a
2634                  * page fault on reuse).
2635                  *
2636                  * But we do make the page is freeable as we can without
2637                  * actually taking the step of unmapping it.
2638                  */
2639                 m->dirty = 0;
2640                 m->act_count = 0;
2641         } else if (advice != MADV_DONTNEED)
2642                 return;
2643         dnw = PCPU_GET(dnweight);
2644         PCPU_INC(dnweight);
2645
2646         /*
2647          * Occasionally leave the page alone.
2648          */
2649         if ((dnw & 0x01F0) == 0 || m->queue == PQ_INACTIVE) {
2650                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2651                         --m->act_count;
2652                 return;
2653         }
2654
2655         /*
2656          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
2657          * immediately reactivate the page.
2658          */
2659         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
2660
2661         if (advice != MADV_FREE && m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
2662                 vm_page_dirty(m);
2663
2664         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2665                 /*
2666                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2667                  */
2668                 head = 0;
2669         } else {
2670                 /*
2671                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2672                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2673                  * at the head of the queue instead of the tail.
2674                  */
2675                 head = 1;
2676         }
2677         _vm_page_deactivate(m, head);
2678 }
2679
2680 /*
2681  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
2682  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
2683  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
2684  * and then conditionally zero it.
2685  *
2686  * This routine may sleep.
2687  *
2688  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
2689  * and reacquired if the routine sleeps.
2690  */
2691 vm_page_t
2692 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2693 {
2694         vm_page_t m;
2695         int sleep;
2696
2697         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2698         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) == 0 ||
2699             (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0,
2700             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_SBUSY/VM_ALLOC_IGN_SBUSY mismatch"));
2701 retrylookup:
2702         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
2703                 sleep = (allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) != 0 ?
2704                     vm_page_xbusied(m) : vm_page_busied(m);
2705                 if (sleep) {
2706                         /*
2707                          * Reference the page before unlocking and
2708                          * sleeping so that the page daemon is less
2709                          * likely to reclaim it.
2710                          */
2711                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2712                         vm_page_lock(m);
2713                         VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2714                         vm_page_busy_sleep(m, "pgrbwt");
2715                         VM_OBJECT_WLOCK(object);
2716                         goto retrylookup;
2717                 } else {
2718                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2719                                 vm_page_lock(m);
2720                                 vm_page_wire(m);
2721                                 vm_page_unlock(m);
2722                         }
2723                         if ((allocflags &
2724                             (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_SBUSY)) == 0)
2725                                 vm_page_xbusy(m);
2726                         if ((allocflags & VM_ALLOC_SBUSY) != 0)
2727                                 vm_page_sbusy(m);
2728                         return (m);
2729                 }
2730         }
2731         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~VM_ALLOC_IGN_SBUSY);
2732         if (m == NULL) {
2733                 VM_OBJECT_WUNLOCK(object);
2734                 VM_WAIT;
2735                 VM_OBJECT_WLOCK(object);
2736                 goto retrylookup;
2737         } else if (m->valid != 0)
2738                 return (m);
2739         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
2740                 pmap_zero_page(m);
2741         return (m);
2742 }
2743
2744 /*
2745  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
2746  *
2747  * Inputs are required to range within a page.
2748  */
2749 vm_page_bits_t
2750 vm_page_bits(int base, int size)
2751 {
2752         int first_bit;
2753         int last_bit;
2754
2755         KASSERT(
2756             base + size <= PAGE_SIZE,
2757             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2758         );
2759
2760         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2761                 return (0);
2762
2763         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2764         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2765
2766         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
2767             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
2768 }
2769
2770 /*
2771  *      vm_page_set_valid_range:
2772  *
2773  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
2774  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2775  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2776  *      such chunks will be zeroed.
2777  *
2778  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2779  */
2780 void
2781 vm_page_set_valid_range(vm_page_t m, int base, int size)
2782 {
2783         int endoff, frag;
2784
2785         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2786         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2787                 return;
2788
2789         /*
2790          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2791          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2792          * first block.
2793          */
2794         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2795             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2796                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2797
2798         /*
2799          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2800          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2801          * the last block.
2802          */
2803         endoff = base + size;
2804         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2805             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2806                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2807                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2808
2809         /*
2810          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
2811          * is already dirty. 
2812          */
2813         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
2814             ("vm_page_set_valid_range: page %p is dirty", m));
2815
2816         /*
2817          * Set valid bits inclusive of any overlap.
2818          */
2819         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2820 }
2821
2822 /*
2823  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
2824  */
2825 static __inline void
2826 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
2827 {
2828         uintptr_t addr;
2829 #if PAGE_SIZE < 16384
2830         int shift;
2831 #endif
2832
2833         /*
2834          * If the object is locked and the page is neither exclusive busy nor
2835          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
2836          * set by a concurrent pmap operation.
2837          */
2838         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2839         if (!vm_page_xbusied(m) && !pmap_page_is_write_mapped(m))
2840                 m->dirty &= ~pagebits;
2841         else {
2842                 /*
2843                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
2844                  * holding a distinguished lock.  The combination of
2845                  * the object's lock and an atomic operation suffice
2846                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
2847                  *
2848                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
2849                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
2850                  * alignment is needed. Only require existence of
2851                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
2852                  */
2853                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
2854 #if PAGE_SIZE == 32768
2855                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
2856 #elif PAGE_SIZE == 16384
2857                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
2858 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
2859                 /*
2860                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
2861                  * containing aligned word, to not depend on the existence
2862                  * of atomic_clear_{8, 16}.
2863                  */
2864                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
2865 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
2866                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
2867 #else
2868                 shift *= NBBY;
2869 #endif
2870                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
2871                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
2872 #endif          /* PAGE_SIZE */
2873         }
2874 }
2875
2876 /*
2877  *      vm_page_set_validclean:
2878  *
2879  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2880  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2881  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2882  *      such chunks will be zero'd.
2883  *
2884  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2885  */
2886 void
2887 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2888 {
2889         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
2890         int endoff, frag;
2891
2892         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
2893         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2894                 return;
2895
2896         /*
2897          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2898          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2899          * first block.
2900          */
2901         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2902             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2903                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2904
2905         /*
2906          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2907          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2908          * the last block.
2909          */
2910         endoff = base + size;
2911         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2912             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2913                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2914                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2915
2916         /*
2917          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2918          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2919          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
2920          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2921          * be set again.
2922          *
2923          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2924          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2925          * the range.
2926          */
2927         oldvalid = m->valid;
2928         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2929         m->valid |= pagebits;
2930 #if 0   /* NOT YET */
2931         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
2932                 frag = DEV_BSIZE - frag;
2933                 base += frag;
2934                 size -= frag;
2935                 if (size < 0)
2936                         size = 0;
2937         }
2938         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
2939 #endif
2940         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2941                 /*
2942                  * The page can only be modified within the pmap if it is
2943                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
2944                  * fully valid.
2945                  */
2946                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
2947                         /*
2948                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
2949                          * a concurrent pmap operation, such as
2950                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
2951                          * pmap and set the dirty field on the page before
2952                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
2953                          * field was cleared here.
2954                          */
2955                         pmap_clear_modify(m);
2956                 m->dirty = 0;
2957                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
2958         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
2959                 m->dirty &= ~pagebits;
2960         else
2961                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
2962 }
2963
2964 void
2965 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2966 {
2967
2968         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
2969 }
2970
2971 /*
2972  *      vm_page_set_invalid:
2973  *
2974  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2975  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2976  */
2977 void
2978 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2979 {
2980         vm_page_bits_t bits;
2981         vm_object_t object;
2982
2983         object = m->object;
2984         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
2985         if (object->type == OBJT_VNODE && base == 0 && IDX_TO_OFF(m->pindex) +
2986             size >= object->un_pager.vnp.vnp_size)
2987                 bits = VM_PAGE_BITS_ALL;
2988         else
2989                 bits = vm_page_bits(base, size);
2990         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
2991                 pmap_remove_all(m);
2992         KASSERT((bits == 0 && m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL) ||
2993             !pmap_page_is_mapped(m),
2994             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
2995         m->valid &= ~bits;
2996         m->dirty &= ~bits;
2997 }
2998
2999 /*
3000  * vm_page_zero_invalid()
3001  *
3002  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
3003  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
3004  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
3005  *      page so user code sees what it expects.
3006  *
3007  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
3008  *      into memory and the file's size is not page aligned.
3009  */
3010 void
3011 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
3012 {
3013         int b;
3014         int i;
3015
3016         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3017         /*
3018          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
3019          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
3020          * valid bit may be set ) have already been zerod by
3021          * vm_page_set_validclean().
3022          */
3023         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
3024                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
3025                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
3026                         if (i > b) {
3027                                 pmap_zero_page_area(m, 
3028                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
3029                         }
3030                         b = i + 1;
3031                 }
3032         }
3033
3034         /*
3035          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
3036          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
3037          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
3038          */
3039         if (setvalid)
3040                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3041 }
3042
3043 /*
3044  *      vm_page_is_valid:
3045  *
3046  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
3047  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
3048  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
3049  */
3050 int
3051 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
3052 {
3053         vm_page_bits_t bits;
3054
3055         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3056         bits = vm_page_bits(base, size);
3057         return (m->valid != 0 && (m->valid & bits) == bits);
3058 }
3059
3060 /*
3061  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
3062  */
3063 void
3064 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
3065 {
3066
3067         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3068         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
3069                 vm_page_dirty(m);
3070 }
3071
3072 void
3073 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3074 {
3075
3076         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3077 }
3078
3079 void
3080 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3081 {
3082
3083         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
3084 }
3085
3086 int
3087 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3088 {
3089
3090         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
3091 }
3092
3093 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
3094 void
3095 vm_page_assert_locked_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
3096 {
3097
3098         vm_page_lock_assert_KBI(m, MA_OWNED, file, line);
3099 }
3100
3101 void
3102 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
3103 {
3104
3105         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
3106 }
3107 #endif
3108
3109 #ifdef INVARIANTS
3110 void
3111 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
3112 {
3113
3114         /*
3115          * Certain of the page's fields may only be modified by the
3116          * holder of the containing object's lock or the exclusive busy.
3117          * holder.  Unfortunately, the holder of the write busy is
3118          * not recorded, and thus cannot be checked here.
3119          */
3120         if (m->object != NULL && !vm_page_xbusied(m))
3121                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3122 }
3123 #endif
3124
3125 #include "opt_ddb.h"
3126 #ifdef DDB
3127 #include <sys/kernel.h>
3128
3129 #include <ddb/ddb.h>
3130
3131 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
3132 {
3133         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
3134         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
3135         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
3136         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
3137         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
3138         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
3139         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
3140         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
3141         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
3142         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
3143 }
3144
3145 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
3146 {
3147         int dom;
3148
3149         db_printf("pq_free %d pq_cache %d\n",
3150             cnt.v_free_count, cnt.v_cache_count);
3151         for (dom = 0; dom < vm_ndomains; dom++) {
3152                 db_printf(
3153         "dom %d page_cnt %d free %d pq_act %d pq_inact %d pass %d\n",
3154                     dom,
3155                     vm_dom[dom].vmd_page_count,
3156                     vm_dom[dom].vmd_free_count,
3157                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_ACTIVE].pq_cnt,
3158                     vm_dom[dom].vmd_pagequeues[PQ_INACTIVE].pq_cnt,
3159                     vm_dom[dom].vmd_pass);
3160         }
3161 }
3162
3163 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
3164 {
3165         vm_page_t m;
3166         boolean_t phys;
3167
3168         if (!have_addr) {
3169                 db_printf("show pginfo addr\n");
3170                 return;
3171         }
3172
3173         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
3174         if (phys)
3175                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
3176         else
3177                 m = (vm_page_t)addr;
3178         db_printf(
3179     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
3180     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %x valid 0x%x dirty 0x%x\n",
3181             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
3182             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
3183             m->flags, m->act_count, m->busy_lock, m->valid, m->dirty);
3184 }
3185 #endif /* DDB */