]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.2.git/blob - sys/vm/vm_page.c
- Copy stable/9 to releng/9.2 as part of the 9.2-RELEASE cycle.
[FreeBSD/releng/9.2.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 pageq mutex is required when adding or removing a page from a
67  *        page queue (vm_page_queue[]), regardless of other mutexes or the
68  *        busy state of a page.
69  *
70  *      - The object mutex is held when inserting or removing
71  *        pages from an object (vm_page_insert() or vm_page_remove()).
72  *
73  */
74
75 /*
76  *      Resident memory management module.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 #include "opt_vm.h"
83
84 #include <sys/param.h>
85 #include <sys/systm.h>
86 #include <sys/lock.h>
87 #include <sys/kernel.h>
88 #include <sys/limits.h>
89 #include <sys/malloc.h>
90 #include <sys/msgbuf.h>
91 #include <sys/mutex.h>
92 #include <sys/proc.h>
93 #include <sys/sysctl.h>
94 #include <sys/vmmeter.h>
95 #include <sys/vnode.h>
96
97 #include <vm/vm.h>
98 #include <vm/pmap.h>
99 #include <vm/vm_param.h>
100 #include <vm/vm_kern.h>
101 #include <vm/vm_object.h>
102 #include <vm/vm_page.h>
103 #include <vm/vm_pageout.h>
104 #include <vm/vm_pager.h>
105 #include <vm/vm_phys.h>
106 #include <vm/vm_reserv.h>
107 #include <vm/vm_extern.h>
108 #include <vm/uma.h>
109 #include <vm/uma_int.h>
110
111 #include <machine/md_var.h>
112
113 /*
114  *      Associated with page of user-allocatable memory is a
115  *      page structure.
116  */
117
118 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_COUNT];
119 struct vpglocks vm_page_queue_lock;
120 struct vpglocks vm_page_queue_free_lock;
121
122 struct vpglocks pa_lock[PA_LOCK_COUNT];
123
124 vm_page_t vm_page_array;
125 long vm_page_array_size;
126 long first_page;
127 int vm_page_zero_count;
128
129 static int boot_pages = UMA_BOOT_PAGES;
130 TUNABLE_INT("vm.boot_pages", &boot_pages);
131 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, boot_pages, CTLFLAG_RD, &boot_pages, 0,
132         "number of pages allocated for bootstrapping the VM system");
133
134 int pa_tryrelock_restart;
135 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, tryrelock_restart, CTLFLAG_RD,
136     &pa_tryrelock_restart, 0, "Number of tryrelock restarts");
137
138 static uma_zone_t fakepg_zone;
139
140 static void vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits);
141 static void vm_page_queue_remove(int queue, vm_page_t m);
142 static void vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m);
143 static void vm_page_init_fakepg(void *dummy);
144
145 SYSINIT(vm_page, SI_SUB_VM, SI_ORDER_SECOND, vm_page_init_fakepg, NULL);
146
147 static void
148 vm_page_init_fakepg(void *dummy)
149 {
150
151         fakepg_zone = uma_zcreate("fakepg", sizeof(struct vm_page), NULL, NULL,
152             NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZONE_VM); 
153 }
154
155 /* Make sure that u_long is at least 64 bits when PAGE_SIZE is 32K. */
156 #if PAGE_SIZE == 32768
157 #ifdef CTASSERT
158 CTASSERT(sizeof(u_long) >= 8);
159 #endif
160 #endif
161
162 /*
163  * Try to acquire a physical address lock while a pmap is locked.  If we
164  * fail to trylock we unlock and lock the pmap directly and cache the
165  * locked pa in *locked.  The caller should then restart their loop in case
166  * the virtual to physical mapping has changed.
167  */
168 int
169 vm_page_pa_tryrelock(pmap_t pmap, vm_paddr_t pa, vm_paddr_t *locked)
170 {
171         vm_paddr_t lockpa;
172
173         lockpa = *locked;
174         *locked = pa;
175         if (lockpa) {
176                 PA_LOCK_ASSERT(lockpa, MA_OWNED);
177                 if (PA_LOCKPTR(pa) == PA_LOCKPTR(lockpa))
178                         return (0);
179                 PA_UNLOCK(lockpa);
180         }
181         if (PA_TRYLOCK(pa))
182                 return (0);
183         PMAP_UNLOCK(pmap);
184         atomic_add_int(&pa_tryrelock_restart, 1);
185         PA_LOCK(pa);
186         PMAP_LOCK(pmap);
187         return (EAGAIN);
188 }
189
190 /*
191  *      vm_set_page_size:
192  *
193  *      Sets the page size, perhaps based upon the memory
194  *      size.  Must be called before any use of page-size
195  *      dependent functions.
196  */
197 void
198 vm_set_page_size(void)
199 {
200         if (cnt.v_page_size == 0)
201                 cnt.v_page_size = PAGE_SIZE;
202         if (((cnt.v_page_size - 1) & cnt.v_page_size) != 0)
203                 panic("vm_set_page_size: page size not a power of two");
204 }
205
206 /*
207  *      vm_page_blacklist_lookup:
208  *
209  *      See if a physical address in this page has been listed
210  *      in the blacklist tunable.  Entries in the tunable are
211  *      separated by spaces or commas.  If an invalid integer is
212  *      encountered then the rest of the string is skipped.
213  */
214 static int
215 vm_page_blacklist_lookup(char *list, vm_paddr_t pa)
216 {
217         vm_paddr_t bad;
218         char *cp, *pos;
219
220         for (pos = list; *pos != '\0'; pos = cp) {
221                 bad = strtoq(pos, &cp, 0);
222                 if (*cp != '\0') {
223                         if (*cp == ' ' || *cp == ',') {
224                                 cp++;
225                                 if (cp == pos)
226                                         continue;
227                         } else
228                                 break;
229                 }
230                 if (pa == trunc_page(bad))
231                         return (1);
232         }
233         return (0);
234 }
235
236 /*
237  *      vm_page_startup:
238  *
239  *      Initializes the resident memory module.
240  *
241  *      Allocates memory for the page cells, and
242  *      for the object/offset-to-page hash table headers.
243  *      Each page cell is initialized and placed on the free list.
244  */
245 vm_offset_t
246 vm_page_startup(vm_offset_t vaddr)
247 {
248         vm_offset_t mapped;
249         vm_paddr_t page_range;
250         vm_paddr_t new_end;
251         int i;
252         vm_paddr_t pa;
253         vm_paddr_t last_pa;
254         char *list;
255
256         /* the biggest memory array is the second group of pages */
257         vm_paddr_t end;
258         vm_paddr_t biggestsize;
259         vm_paddr_t low_water, high_water;
260         int biggestone;
261
262         biggestsize = 0;
263         biggestone = 0;
264         vaddr = round_page(vaddr);
265
266         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
267                 phys_avail[i] = round_page(phys_avail[i]);
268                 phys_avail[i + 1] = trunc_page(phys_avail[i + 1]);
269         }
270
271         low_water = phys_avail[0];
272         high_water = phys_avail[1];
273
274         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2) {
275                 vm_paddr_t size = phys_avail[i + 1] - phys_avail[i];
276
277                 if (size > biggestsize) {
278                         biggestone = i;
279                         biggestsize = size;
280                 }
281                 if (phys_avail[i] < low_water)
282                         low_water = phys_avail[i];
283                 if (phys_avail[i + 1] > high_water)
284                         high_water = phys_avail[i + 1];
285         }
286
287 #ifdef XEN
288         low_water = 0;
289 #endif  
290
291         end = phys_avail[biggestone+1];
292
293         /*
294          * Initialize the page and queue locks.
295          */
296         mtx_init(&vm_page_queue_mtx, "vm page queue", NULL, MTX_DEF |
297             MTX_RECURSE);
298         mtx_init(&vm_page_queue_free_mtx, "vm page free queue", NULL, MTX_DEF);
299         for (i = 0; i < PA_LOCK_COUNT; i++)
300                 mtx_init(&pa_lock[i].data, "vm page", NULL, MTX_DEF);
301
302         /*
303          * Initialize the queue headers for the hold queue, the active queue,
304          * and the inactive queue.
305          */
306         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++)
307                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
308         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
309         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
310         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
311
312         /*
313          * Allocate memory for use when boot strapping the kernel memory
314          * allocator.
315          */
316         new_end = end - (boot_pages * UMA_SLAB_SIZE);
317         new_end = trunc_page(new_end);
318         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
319             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
320         bzero((void *)mapped, end - new_end);
321         uma_startup((void *)mapped, boot_pages);
322
323 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__) || defined(__arm__) || \
324     defined(__mips__)
325         /*
326          * Allocate a bitmap to indicate that a random physical page
327          * needs to be included in a minidump.
328          *
329          * The amd64 port needs this to indicate which direct map pages
330          * need to be dumped, via calls to dump_add_page()/dump_drop_page().
331          *
332          * However, i386 still needs this workspace internally within the
333          * minidump code.  In theory, they are not needed on i386, but are
334          * included should the sf_buf code decide to use them.
335          */
336         last_pa = 0;
337         for (i = 0; dump_avail[i + 1] != 0; i += 2)
338                 if (dump_avail[i + 1] > last_pa)
339                         last_pa = dump_avail[i + 1];
340         page_range = last_pa / PAGE_SIZE;
341         vm_page_dump_size = round_page(roundup2(page_range, NBBY) / NBBY);
342         new_end -= vm_page_dump_size;
343         vm_page_dump = (void *)(uintptr_t)pmap_map(&vaddr, new_end,
344             new_end + vm_page_dump_size, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
345         bzero((void *)vm_page_dump, vm_page_dump_size);
346 #endif
347 #ifdef __amd64__
348         /*
349          * Request that the physical pages underlying the message buffer be
350          * included in a crash dump.  Since the message buffer is accessed
351          * through the direct map, they are not automatically included.
352          */
353         pa = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)msgbufp->msg_ptr);
354         last_pa = pa + round_page(msgbufsize);
355         while (pa < last_pa) {
356                 dump_add_page(pa);
357                 pa += PAGE_SIZE;
358         }
359 #endif
360         /*
361          * Compute the number of pages of memory that will be available for
362          * use (taking into account the overhead of a page structure per
363          * page).
364          */
365         first_page = low_water / PAGE_SIZE;
366 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
367         page_range = 0;
368         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2)
369                 page_range += atop(phys_avail[i + 1] - phys_avail[i]);
370 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
371         page_range = high_water / PAGE_SIZE - first_page;
372 #else
373 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
374 #endif
375         end = new_end;
376
377         /*
378          * Reserve an unmapped guard page to trap access to vm_page_array[-1].
379          */
380         vaddr += PAGE_SIZE;
381
382         /*
383          * Initialize the mem entry structures now, and put them in the free
384          * queue.
385          */
386         new_end = trunc_page(end - page_range * sizeof(struct vm_page));
387         mapped = pmap_map(&vaddr, new_end, end,
388             VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
389         vm_page_array = (vm_page_t) mapped;
390 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
391         /*
392          * Allocate memory for the reservation management system's data
393          * structures.
394          */
395         new_end = vm_reserv_startup(&vaddr, new_end, high_water);
396 #endif
397 #if defined(__amd64__) || defined(__mips__)
398         /*
399          * pmap_map on amd64 and mips can come out of the direct-map, not kvm
400          * like i386, so the pages must be tracked for a crashdump to include
401          * this data.  This includes the vm_page_array and the early UMA
402          * bootstrap pages.
403          */
404         for (pa = new_end; pa < phys_avail[biggestone + 1]; pa += PAGE_SIZE)
405                 dump_add_page(pa);
406 #endif  
407         phys_avail[biggestone + 1] = new_end;
408
409         /*
410          * Clear all of the page structures
411          */
412         bzero((caddr_t) vm_page_array, page_range * sizeof(struct vm_page));
413         for (i = 0; i < page_range; i++)
414                 vm_page_array[i].order = VM_NFREEORDER;
415         vm_page_array_size = page_range;
416
417         /*
418          * Initialize the physical memory allocator.
419          */
420         vm_phys_init();
421
422         /*
423          * Add every available physical page that is not blacklisted to
424          * the free lists.
425          */
426         cnt.v_page_count = 0;
427         cnt.v_free_count = 0;
428         list = getenv("vm.blacklist");
429         for (i = 0; phys_avail[i + 1] != 0; i += 2) {
430                 pa = phys_avail[i];
431                 last_pa = phys_avail[i + 1];
432                 while (pa < last_pa) {
433                         if (list != NULL &&
434                             vm_page_blacklist_lookup(list, pa))
435                                 printf("Skipping page with pa 0x%jx\n",
436                                     (uintmax_t)pa);
437                         else
438                                 vm_phys_add_page(pa);
439                         pa += PAGE_SIZE;
440                 }
441         }
442         freeenv(list);
443 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
444         /*
445          * Initialize the reservation management system.
446          */
447         vm_reserv_init();
448 #endif
449         return (vaddr);
450 }
451
452
453 CTASSERT(offsetof(struct vm_page, aflags) % sizeof(uint32_t) == 0);
454
455 void
456 vm_page_aflag_set(vm_page_t m, uint8_t bits)
457 {
458         uint32_t *addr, val;
459
460         /*
461          * The PGA_WRITEABLE flag can only be set if the page is managed and
462          * VPO_BUSY.  Currently, this flag is only set by pmap_enter().
463          */
464         KASSERT((bits & PGA_WRITEABLE) == 0 ||
465             (m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) == VPO_BUSY,
466             ("PGA_WRITEABLE and !VPO_BUSY"));
467
468         /*
469          * We want to use atomic updates for m->aflags, which is a
470          * byte wide.  Not all architectures provide atomic operations
471          * on the single-byte destination.  Punt and access the whole
472          * 4-byte word with an atomic update.  Parallel non-atomic
473          * updates to the fields included in the update by proximity
474          * are handled properly by atomics.
475          */
476         addr = (void *)&m->aflags;
477         MPASS(((uintptr_t)addr & (sizeof(uint32_t) - 1)) == 0);
478         val = bits;
479 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
480         val <<= 24;
481 #endif
482         atomic_set_32(addr, val);
483
484
485 void
486 vm_page_aflag_clear(vm_page_t m, uint8_t bits)
487 {
488         uint32_t *addr, val;
489
490         /*
491          * The PGA_REFERENCED flag can only be cleared if the object
492          * containing the page is locked.
493          */
494         KASSERT((bits & PGA_REFERENCED) == 0 || VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
495             ("PGA_REFERENCED and !VM_OBJECT_LOCKED"));
496
497         /*
498          * See the comment in vm_page_aflag_set().
499          */
500         addr = (void *)&m->aflags;
501         MPASS(((uintptr_t)addr & (sizeof(uint32_t) - 1)) == 0);
502         val = bits;
503 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
504         val <<= 24;
505 #endif
506         atomic_clear_32(addr, val);
507 }
508
509 void
510 vm_page_reference(vm_page_t m)
511 {
512
513         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
514 }
515
516 void
517 vm_page_busy(vm_page_t m)
518 {
519
520         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
521         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
522             ("vm_page_busy: page already busy!!!"));
523         m->oflags |= VPO_BUSY;
524 }
525
526 /*
527  *      vm_page_flash:
528  *
529  *      wakeup anyone waiting for the page.
530  */
531 void
532 vm_page_flash(vm_page_t m)
533 {
534
535         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
536         if (m->oflags & VPO_WANTED) {
537                 m->oflags &= ~VPO_WANTED;
538                 wakeup(m);
539         }
540 }
541
542 /*
543  *      vm_page_wakeup:
544  *
545  *      clear the VPO_BUSY flag and wakeup anyone waiting for the
546  *      page.
547  *
548  */
549 void
550 vm_page_wakeup(vm_page_t m)
551 {
552
553         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
554         KASSERT(m->oflags & VPO_BUSY, ("vm_page_wakeup: page not busy!!!"));
555         m->oflags &= ~VPO_BUSY;
556         vm_page_flash(m);
557 }
558
559 void
560 vm_page_io_start(vm_page_t m)
561 {
562
563         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
564         m->busy++;
565 }
566
567 void
568 vm_page_io_finish(vm_page_t m)
569 {
570
571         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
572         KASSERT(m->busy > 0, ("vm_page_io_finish: page %p is not busy", m));
573         m->busy--;
574         if (m->busy == 0)
575                 vm_page_flash(m);
576 }
577
578 /*
579  * Keep page from being freed by the page daemon
580  * much of the same effect as wiring, except much lower
581  * overhead and should be used only for *very* temporary
582  * holding ("wiring").
583  */
584 void
585 vm_page_hold(vm_page_t mem)
586 {
587
588         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
589         mem->hold_count++;
590 }
591
592 void
593 vm_page_unhold(vm_page_t mem)
594 {
595
596         vm_page_lock_assert(mem, MA_OWNED);
597         --mem->hold_count;
598         KASSERT(mem->hold_count >= 0, ("vm_page_unhold: hold count < 0!!!"));
599         if (mem->hold_count == 0 && mem->queue == PQ_HOLD)
600                 vm_page_free_toq(mem);
601 }
602
603 /*
604  *      vm_page_unhold_pages:
605  *
606  *      Unhold each of the pages that is referenced by the given array.
607  */ 
608 void
609 vm_page_unhold_pages(vm_page_t *ma, int count)
610 {
611         struct mtx *mtx, *new_mtx;
612
613         mtx = NULL;
614         for (; count != 0; count--) {
615                 /*
616                  * Avoid releasing and reacquiring the same page lock.
617                  */
618                 new_mtx = vm_page_lockptr(*ma);
619                 if (mtx != new_mtx) {
620                         if (mtx != NULL)
621                                 mtx_unlock(mtx);
622                         mtx = new_mtx;
623                         mtx_lock(mtx);
624                 }
625                 vm_page_unhold(*ma);
626                 ma++;
627         }
628         if (mtx != NULL)
629                 mtx_unlock(mtx);
630 }
631
632 vm_page_t
633 PHYS_TO_VM_PAGE(vm_paddr_t pa)
634 {
635         vm_page_t m;
636
637 #ifdef VM_PHYSSEG_SPARSE
638         m = vm_phys_paddr_to_vm_page(pa);
639         if (m == NULL)
640                 m = vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa);
641         return (m);
642 #elif defined(VM_PHYSSEG_DENSE)
643         long pi;
644
645         pi = atop(pa);
646         if (pi >= first_page && (pi - first_page) < vm_page_array_size) {
647                 m = &vm_page_array[pi - first_page];
648                 return (m);
649         }
650         return (vm_phys_fictitious_to_vm_page(pa));
651 #else
652 #error "Either VM_PHYSSEG_DENSE or VM_PHYSSEG_SPARSE must be defined."
653 #endif
654 }
655
656 /*
657  *      vm_page_getfake:
658  *
659  *      Create a fictitious page with the specified physical address and
660  *      memory attribute.  The memory attribute is the only the machine-
661  *      dependent aspect of a fictitious page that must be initialized.
662  */
663 vm_page_t
664 vm_page_getfake(vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
665 {
666         vm_page_t m;
667
668         m = uma_zalloc(fakepg_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
669         vm_page_initfake(m, paddr, memattr);
670         return (m);
671 }
672
673 void
674 vm_page_initfake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
675 {
676
677         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
678                 /*
679                  * The page's memattr might have changed since the
680                  * previous initialization.  Update the pmap to the
681                  * new memattr.
682                  */
683                 goto memattr;
684         }
685         m->phys_addr = paddr;
686         m->queue = PQ_NONE;
687         /* Fictitious pages don't use "segind". */
688         m->flags = PG_FICTITIOUS;
689         /* Fictitious pages don't use "order" or "pool". */
690         m->oflags = VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED;
691         m->wire_count = 1;
692 memattr:
693         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
694 }
695
696 /*
697  *      vm_page_putfake:
698  *
699  *      Release a fictitious page.
700  */
701 void
702 vm_page_putfake(vm_page_t m)
703 {
704
705         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0, ("managed %p", m));
706         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
707             ("vm_page_putfake: bad page %p", m));
708         uma_zfree(fakepg_zone, m);
709 }
710
711 /*
712  *      vm_page_updatefake:
713  *
714  *      Update the given fictitious page to the specified physical address and
715  *      memory attribute.
716  */
717 void
718 vm_page_updatefake(vm_page_t m, vm_paddr_t paddr, vm_memattr_t memattr)
719 {
720
721         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0,
722             ("vm_page_updatefake: bad page %p", m));
723         m->phys_addr = paddr;
724         pmap_page_set_memattr(m, memattr);
725 }
726
727 /*
728  *      vm_page_free:
729  *
730  *      Free a page.
731  */
732 void
733 vm_page_free(vm_page_t m)
734 {
735
736         m->flags &= ~PG_ZERO;
737         vm_page_free_toq(m);
738 }
739
740 /*
741  *      vm_page_free_zero:
742  *
743  *      Free a page to the zerod-pages queue
744  */
745 void
746 vm_page_free_zero(vm_page_t m)
747 {
748
749         m->flags |= PG_ZERO;
750         vm_page_free_toq(m);
751 }
752
753 /*
754  * Unbusy and handle the page queueing for a page from the VOP_GETPAGES()
755  * array which is not the request page.
756  */
757 void
758 vm_page_readahead_finish(vm_page_t m)
759 {
760
761         if (m->valid != 0) {
762                 /*
763                  * Since the page is not the requested page, whether
764                  * it should be activated or deactivated is not
765                  * obvious.  Empirical results have shown that
766                  * deactivating the page is usually the best choice,
767                  * unless the page is wanted by another thread.
768                  */
769                 if (m->oflags & VPO_WANTED) {
770                         vm_page_lock(m);
771                         vm_page_activate(m);
772                         vm_page_unlock(m);
773                 } else {
774                         vm_page_lock(m);
775                         vm_page_deactivate(m);
776                         vm_page_unlock(m);
777                 }
778                 vm_page_wakeup(m);
779         } else {
780                 /*
781                  * Free the completely invalid page.  Such page state
782                  * occurs due to the short read operation which did
783                  * not covered our page at all, or in case when a read
784                  * error happens.
785                  */
786                 vm_page_lock(m);
787                 vm_page_free(m);
788                 vm_page_unlock(m);
789         }
790 }
791
792 /*
793  *      vm_page_sleep:
794  *
795  *      Sleep and release the page and page queues locks.
796  *
797  *      The object containing the given page must be locked.
798  */
799 void
800 vm_page_sleep(vm_page_t m, const char *msg)
801 {
802
803         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
804         if (mtx_owned(&vm_page_queue_mtx))
805                 vm_page_unlock_queues();
806         if (mtx_owned(vm_page_lockptr(m)))
807                 vm_page_unlock(m);
808
809         /*
810          * It's possible that while we sleep, the page will get
811          * unbusied and freed.  If we are holding the object
812          * lock, we will assume we hold a reference to the object
813          * such that even if m->object changes, we can re-lock
814          * it.
815          */
816         m->oflags |= VPO_WANTED;
817         msleep(m, VM_OBJECT_MTX(m->object), PVM, msg, 0);
818 }
819
820 /*
821  *      vm_page_dirty:
822  *
823  *      Set all bits in the page's dirty field.
824  *
825  *      The object containing the specified page must be locked if the
826  *      call is made from the machine-independent layer.
827  *
828  *      See vm_page_clear_dirty_mask().
829  */
830 void
831 vm_page_dirty(vm_page_t m)
832 {
833
834         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
835             ("vm_page_dirty: page in cache!"));
836         KASSERT(!VM_PAGE_IS_FREE(m),
837             ("vm_page_dirty: page is free!"));
838         KASSERT(m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
839             ("vm_page_dirty: page is invalid!"));
840         m->dirty = VM_PAGE_BITS_ALL;
841 }
842
843 /*
844  *      vm_page_splay:
845  *
846  *      Implements Sleator and Tarjan's top-down splay algorithm.  Returns
847  *      the vm_page containing the given pindex.  If, however, that
848  *      pindex is not found in the vm_object, returns a vm_page that is
849  *      adjacent to the pindex, coming before or after it.
850  */
851 vm_page_t
852 vm_page_splay(vm_pindex_t pindex, vm_page_t root)
853 {
854         struct vm_page dummy;
855         vm_page_t lefttreemax, righttreemin, y;
856
857         if (root == NULL)
858                 return (root);
859         lefttreemax = righttreemin = &dummy;
860         for (;; root = y) {
861                 if (pindex < root->pindex) {
862                         if ((y = root->left) == NULL)
863                                 break;
864                         if (pindex < y->pindex) {
865                                 /* Rotate right. */
866                                 root->left = y->right;
867                                 y->right = root;
868                                 root = y;
869                                 if ((y = root->left) == NULL)
870                                         break;
871                         }
872                         /* Link into the new root's right tree. */
873                         righttreemin->left = root;
874                         righttreemin = root;
875                 } else if (pindex > root->pindex) {
876                         if ((y = root->right) == NULL)
877                                 break;
878                         if (pindex > y->pindex) {
879                                 /* Rotate left. */
880                                 root->right = y->left;
881                                 y->left = root;
882                                 root = y;
883                                 if ((y = root->right) == NULL)
884                                         break;
885                         }
886                         /* Link into the new root's left tree. */
887                         lefttreemax->right = root;
888                         lefttreemax = root;
889                 } else
890                         break;
891         }
892         /* Assemble the new root. */
893         lefttreemax->right = root->left;
894         righttreemin->left = root->right;
895         root->left = dummy.right;
896         root->right = dummy.left;
897         return (root);
898 }
899
900 /*
901  *      vm_page_insert:         [ internal use only ]
902  *
903  *      Inserts the given mem entry into the object and object list.
904  *
905  *      The object must be locked.
906  */
907 void
908 vm_page_insert(vm_page_t m, vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
909 {
910         vm_page_t root;
911
912         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
913         if (m->object != NULL)
914                 panic("vm_page_insert: page already inserted");
915
916         /*
917          * Record the object/offset pair in this page
918          */
919         m->object = object;
920         m->pindex = pindex;
921
922         /*
923          * Now link into the object's ordered list of backed pages.
924          */
925         root = object->root;
926         if (root == NULL) {
927                 m->left = NULL;
928                 m->right = NULL;
929                 TAILQ_INSERT_TAIL(&object->memq, m, listq);
930         } else {
931                 root = vm_page_splay(pindex, root);
932                 if (pindex < root->pindex) {
933                         m->left = root->left;
934                         m->right = root;
935                         root->left = NULL;
936                         TAILQ_INSERT_BEFORE(root, m, listq);
937                 } else if (pindex == root->pindex)
938                         panic("vm_page_insert: offset already allocated");
939                 else {
940                         m->right = root->right;
941                         m->left = root;
942                         root->right = NULL;
943                         TAILQ_INSERT_AFTER(&object->memq, root, m, listq);
944                 }
945         }
946         object->root = m;
947
948         /*
949          * Show that the object has one more resident page.
950          */
951         object->resident_page_count++;
952
953         /*
954          * Hold the vnode until the last page is released.
955          */
956         if (object->resident_page_count == 1 && object->type == OBJT_VNODE)
957                 vhold(object->handle);
958
959         /*
960          * Since we are inserting a new and possibly dirty page,
961          * update the object's OBJ_MIGHTBEDIRTY flag.
962          */
963         if (pmap_page_is_write_mapped(m))
964                 vm_object_set_writeable_dirty(object);
965 }
966
967 /*
968  *      vm_page_remove:
969  *
970  *      Removes the given mem entry from the object/offset-page
971  *      table and the object page list, but do not invalidate/terminate
972  *      the backing store.
973  *
974  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
975  */
976 void
977 vm_page_remove(vm_page_t m)
978 {
979         vm_object_t object;
980         vm_page_t next, prev, root;
981
982         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
983                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
984         if ((object = m->object) == NULL)
985                 return;
986         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
987         if (m->oflags & VPO_BUSY) {
988                 m->oflags &= ~VPO_BUSY;
989                 vm_page_flash(m);
990         }
991
992         /*
993          * Now remove from the object's list of backed pages.
994          */
995         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL && next->left == m) {
996                 /*
997                  * Since the page's successor in the list is also its parent
998                  * in the tree, its right subtree must be empty.
999                  */
1000                 next->left = m->left;
1001                 KASSERT(m->right == NULL,
1002                     ("vm_page_remove: page %p has right child", m));
1003         } else if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
1004             prev->right == m) {
1005                 /*
1006                  * Since the page's predecessor in the list is also its parent
1007                  * in the tree, its left subtree must be empty.
1008                  */
1009                 KASSERT(m->left == NULL,
1010                     ("vm_page_remove: page %p has left child", m));
1011                 prev->right = m->right;
1012         } else {
1013                 if (m != object->root)
1014                         vm_page_splay(m->pindex, object->root);
1015                 if (m->left == NULL)
1016                         root = m->right;
1017                 else if (m->right == NULL)
1018                         root = m->left;
1019                 else {
1020                         /*
1021                          * Move the page's successor to the root, because
1022                          * pages are usually removed in ascending order.
1023                          */
1024                         if (m->right != next)
1025                                 vm_page_splay(m->pindex, m->right);
1026                         next->left = m->left;
1027                         root = next;
1028                 }
1029                 object->root = root;
1030         }
1031         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
1032
1033         /*
1034          * And show that the object has one fewer resident page.
1035          */
1036         object->resident_page_count--;
1037
1038         /*
1039          * The vnode may now be recycled.
1040          */
1041         if (object->resident_page_count == 0 && object->type == OBJT_VNODE)
1042                 vdrop(object->handle);
1043
1044         m->object = NULL;
1045 }
1046
1047 /*
1048  *      vm_page_lookup:
1049  *
1050  *      Returns the page associated with the object/offset
1051  *      pair specified; if none is found, NULL is returned.
1052  *
1053  *      The object must be locked.
1054  */
1055 vm_page_t
1056 vm_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1057 {
1058         vm_page_t m;
1059
1060         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1061         if ((m = object->root) != NULL && m->pindex != pindex) {
1062                 m = vm_page_splay(pindex, m);
1063                 if ((object->root = m)->pindex != pindex)
1064                         m = NULL;
1065         }
1066         return (m);
1067 }
1068
1069 /*
1070  *      vm_page_find_least:
1071  *
1072  *      Returns the page associated with the object with least pindex
1073  *      greater than or equal to the parameter pindex, or NULL.
1074  *
1075  *      The object must be locked.
1076  */
1077 vm_page_t
1078 vm_page_find_least(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1079 {
1080         vm_page_t m;
1081
1082         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1083         if ((m = TAILQ_FIRST(&object->memq)) != NULL) {
1084                 if (m->pindex < pindex) {
1085                         m = vm_page_splay(pindex, object->root);
1086                         if ((object->root = m)->pindex < pindex)
1087                                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
1088                 }
1089         }
1090         return (m);
1091 }
1092
1093 /*
1094  * Returns the given page's successor (by pindex) within the object if it is
1095  * resident; if none is found, NULL is returned.
1096  *
1097  * The object must be locked.
1098  */
1099 vm_page_t
1100 vm_page_next(vm_page_t m)
1101 {
1102         vm_page_t next;
1103
1104         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1105         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL &&
1106             next->pindex != m->pindex + 1)
1107                 next = NULL;
1108         return (next);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Returns the given page's predecessor (by pindex) within the object if it is
1113  * resident; if none is found, NULL is returned.
1114  *
1115  * The object must be locked.
1116  */
1117 vm_page_t
1118 vm_page_prev(vm_page_t m)
1119 {
1120         vm_page_t prev;
1121
1122         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1123         if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
1124             prev->pindex != m->pindex - 1)
1125                 prev = NULL;
1126         return (prev);
1127 }
1128
1129 /*
1130  *      vm_page_rename:
1131  *
1132  *      Move the given memory entry from its
1133  *      current object to the specified target object/offset.
1134  *
1135  *      Note: swap associated with the page must be invalidated by the move.  We
1136  *            have to do this for several reasons:  (1) we aren't freeing the
1137  *            page, (2) we are dirtying the page, (3) the VM system is probably
1138  *            moving the page from object A to B, and will then later move
1139  *            the backing store from A to B and we can't have a conflict.
1140  *
1141  *      Note: we *always* dirty the page.  It is necessary both for the
1142  *            fact that we moved it, and because we may be invalidating
1143  *            swap.  If the page is on the cache, we have to deactivate it
1144  *            or vm_page_dirty() will panic.  Dirty pages are not allowed
1145  *            on the cache.
1146  *
1147  *      The objects must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1148  */
1149 void
1150 vm_page_rename(vm_page_t m, vm_object_t new_object, vm_pindex_t new_pindex)
1151 {
1152
1153         vm_page_remove(m);
1154         vm_page_insert(m, new_object, new_pindex);
1155         vm_page_dirty(m);
1156 }
1157
1158 /*
1159  *      Convert all of the given object's cached pages that have a
1160  *      pindex within the given range into free pages.  If the value
1161  *      zero is given for "end", then the range's upper bound is
1162  *      infinity.  If the given object is backed by a vnode and it
1163  *      transitions from having one or more cached pages to none, the
1164  *      vnode's hold count is reduced. 
1165  */
1166 void
1167 vm_page_cache_free(vm_object_t object, vm_pindex_t start, vm_pindex_t end)
1168 {
1169         vm_page_t m, m_next;
1170         boolean_t empty;
1171
1172         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1173         if (__predict_false(object->cache == NULL)) {
1174                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1175                 return;
1176         }
1177         m = object->cache = vm_page_splay(start, object->cache);
1178         if (m->pindex < start) {
1179                 if (m->right == NULL)
1180                         m = NULL;
1181                 else {
1182                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
1183                         m_next->left = m;
1184                         m->right = NULL;
1185                         m = object->cache = m_next;
1186                 }
1187         }
1188
1189         /*
1190          * At this point, "m" is either (1) a reference to the page
1191          * with the least pindex that is greater than or equal to
1192          * "start" or (2) NULL.
1193          */
1194         for (; m != NULL && (m->pindex < end || end == 0); m = m_next) {
1195                 /*
1196                  * Find "m"'s successor and remove "m" from the
1197                  * object's cache.
1198                  */
1199                 if (m->right == NULL) {
1200                         object->cache = m->left;
1201                         m_next = NULL;
1202                 } else {
1203                         m_next = vm_page_splay(start, m->right);
1204                         m_next->left = m->left;
1205                         object->cache = m_next;
1206                 }
1207                 /* Convert "m" to a free page. */
1208                 m->object = NULL;
1209                 m->valid = 0;
1210                 /* Clear PG_CACHED and set PG_FREE. */
1211                 m->flags ^= PG_CACHED | PG_FREE;
1212                 KASSERT((m->flags & (PG_CACHED | PG_FREE)) == PG_FREE,
1213                     ("vm_page_cache_free: page %p has inconsistent flags", m));
1214                 cnt.v_cache_count--;
1215                 cnt.v_free_count++;
1216         }
1217         empty = object->cache == NULL;
1218         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1219         if (object->type == OBJT_VNODE && empty)
1220                 vdrop(object->handle);
1221 }
1222
1223 /*
1224  *      Returns the cached page that is associated with the given
1225  *      object and offset.  If, however, none exists, returns NULL.
1226  *
1227  *      The free page queue must be locked.
1228  */
1229 static inline vm_page_t
1230 vm_page_cache_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1231 {
1232         vm_page_t m;
1233
1234         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1235         if ((m = object->cache) != NULL && m->pindex != pindex) {
1236                 m = vm_page_splay(pindex, m);
1237                 if ((object->cache = m)->pindex != pindex)
1238                         m = NULL;
1239         }
1240         return (m);
1241 }
1242
1243 /*
1244  *      Remove the given cached page from its containing object's
1245  *      collection of cached pages.
1246  *
1247  *      The free page queue must be locked.
1248  */
1249 void
1250 vm_page_cache_remove(vm_page_t m)
1251 {
1252         vm_object_t object;
1253         vm_page_t root;
1254
1255         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1256         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) != 0,
1257             ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached", m));
1258         object = m->object;
1259         if (m != object->cache) {
1260                 root = vm_page_splay(m->pindex, object->cache);
1261                 KASSERT(root == m,
1262                     ("vm_page_cache_remove: page %p is not cached in object %p",
1263                     m, object));
1264         }
1265         if (m->left == NULL)
1266                 root = m->right;
1267         else if (m->right == NULL)
1268                 root = m->left;
1269         else {
1270                 root = vm_page_splay(m->pindex, m->left);
1271                 root->right = m->right;
1272         }
1273         object->cache = root;
1274         m->object = NULL;
1275         cnt.v_cache_count--;
1276 }
1277
1278 /*
1279  *      Transfer all of the cached pages with offset greater than or
1280  *      equal to 'offidxstart' from the original object's cache to the
1281  *      new object's cache.  However, any cached pages with offset
1282  *      greater than or equal to the new object's size are kept in the
1283  *      original object.  Initially, the new object's cache must be
1284  *      empty.  Offset 'offidxstart' in the original object must
1285  *      correspond to offset zero in the new object.
1286  *
1287  *      The new object must be locked.
1288  */
1289 void
1290 vm_page_cache_transfer(vm_object_t orig_object, vm_pindex_t offidxstart,
1291     vm_object_t new_object)
1292 {
1293         vm_page_t m, m_next;
1294
1295         /*
1296          * Insertion into an object's collection of cached pages
1297          * requires the object to be locked.  In contrast, removal does
1298          * not.
1299          */
1300         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(new_object, MA_OWNED);
1301         KASSERT(new_object->cache == NULL,
1302             ("vm_page_cache_transfer: object %p has cached pages",
1303             new_object));
1304         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1305         if ((m = orig_object->cache) != NULL) {
1306                 /*
1307                  * Transfer all of the pages with offset greater than or
1308                  * equal to 'offidxstart' from the original object's
1309                  * cache to the new object's cache.
1310                  */
1311                 m = vm_page_splay(offidxstart, m);
1312                 if (m->pindex < offidxstart) {
1313                         orig_object->cache = m;
1314                         new_object->cache = m->right;
1315                         m->right = NULL;
1316                 } else {
1317                         orig_object->cache = m->left;
1318                         new_object->cache = m;
1319                         m->left = NULL;
1320                 }
1321                 while ((m = new_object->cache) != NULL) {
1322                         if ((m->pindex - offidxstart) >= new_object->size) {
1323                                 /*
1324                                  * Return all of the cached pages with
1325                                  * offset greater than or equal to the
1326                                  * new object's size to the original
1327                                  * object's cache. 
1328                                  */
1329                                 new_object->cache = m->left;
1330                                 m->left = orig_object->cache;
1331                                 orig_object->cache = m;
1332                                 break;
1333                         }
1334                         m_next = vm_page_splay(m->pindex, m->right);
1335                         /* Update the page's object and offset. */
1336                         m->object = new_object;
1337                         m->pindex -= offidxstart;
1338                         if (m_next == NULL)
1339                                 break;
1340                         m->right = NULL;
1341                         m_next->left = m;
1342                         new_object->cache = m_next;
1343                 }
1344                 KASSERT(new_object->cache == NULL ||
1345                     new_object->type == OBJT_SWAP,
1346                     ("vm_page_cache_transfer: object %p's type is incompatible"
1347                     " with cached pages", new_object));
1348         }
1349         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1350 }
1351
1352 /*
1353  *      Returns TRUE if a cached page is associated with the given object and
1354  *      offset, and FALSE otherwise.
1355  *
1356  *      The object must be locked.
1357  */
1358 boolean_t
1359 vm_page_is_cached(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1360 {
1361         vm_page_t m;
1362
1363         /*
1364          * Insertion into an object's collection of cached pages requires the
1365          * object to be locked.  Therefore, if the object is locked and the
1366          * object's collection is empty, there is no need to acquire the free
1367          * page queues lock in order to prove that the specified page doesn't
1368          * exist.
1369          */
1370         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1371         if (object->cache == NULL)
1372                 return (FALSE);
1373         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1374         m = vm_page_cache_lookup(object, pindex);
1375         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1376         return (m != NULL);
1377 }
1378
1379 /*
1380  *      vm_page_alloc:
1381  *
1382  *      Allocate and return a memory cell associated
1383  *      with this VM object/offset pair.
1384  *
1385  *      The caller must always specify an allocation class.
1386  *
1387  *      allocation classes:
1388  *      VM_ALLOC_NORMAL         normal process request
1389  *      VM_ALLOC_SYSTEM         system *really* needs a page
1390  *      VM_ALLOC_INTERRUPT      interrupt time request
1391  *
1392  *      optional allocation flags:
1393  *      VM_ALLOC_ZERO           prefer a zeroed page
1394  *      VM_ALLOC_WIRED          wire the allocated page
1395  *      VM_ALLOC_NOOBJ          page is not associated with a vm object
1396  *      VM_ALLOC_NOBUSY         do not set the page busy
1397  *      VM_ALLOC_IFCACHED       return page only if it is cached
1398  *      VM_ALLOC_IFNOTCACHED    return NULL, do not reactivate if the page
1399  *                              is cached
1400  *
1401  *      This routine may not sleep.
1402  */
1403 vm_page_t
1404 vm_page_alloc(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int req)
1405 {
1406         struct vnode *vp = NULL;
1407         vm_object_t m_object;
1408         vm_page_t m;
1409         int flags, page_req;
1410
1411         if ((req & VM_ALLOC_NOOBJ) == 0) {
1412                 KASSERT(object != NULL,
1413                     ("vm_page_alloc: NULL object."));
1414                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
1415         }
1416
1417         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1418
1419         /*
1420          * The pager is allowed to eat deeper into the free page list.
1421          */
1422         if ((curproc == pageproc) && (page_req != VM_ALLOC_INTERRUPT))
1423                 page_req = VM_ALLOC_SYSTEM;
1424
1425         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1426         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1427             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
1428             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1429             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1430             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1431                 /*
1432                  * Allocate from the free queue if the number of free pages
1433                  * exceeds the minimum for the request class.
1434                  */
1435                 if (object != NULL &&
1436                     (m = vm_page_cache_lookup(object, pindex)) != NULL) {
1437                         if ((req & VM_ALLOC_IFNOTCACHED) != 0) {
1438                                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1439                                 return (NULL);
1440                         }
1441                         if (vm_phys_unfree_page(m))
1442                                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_DEFAULT, m, 0);
1443 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1444                         else if (!vm_reserv_reactivate_page(m))
1445 #else
1446                         else
1447 #endif
1448                                 panic("vm_page_alloc: cache page %p is missing"
1449                                     " from the free queue", m);
1450                 } else if ((req & VM_ALLOC_IFCACHED) != 0) {
1451                         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1452                         return (NULL);
1453 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1454                 } else if (object == NULL || object->type == OBJT_DEVICE ||
1455                     object->type == OBJT_SG ||
1456                     (object->flags & OBJ_COLORED) == 0 ||
1457                     (m = vm_reserv_alloc_page(object, pindex)) == NULL) {
1458 #else
1459                 } else {
1460 #endif
1461                         m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1462                             VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1463 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1464                         if (m == NULL && vm_reserv_reclaim_inactive()) {
1465                                 m = vm_phys_alloc_pages(object != NULL ?
1466                                     VM_FREEPOOL_DEFAULT : VM_FREEPOOL_DIRECT,
1467                                     0);
1468                         }
1469 #endif
1470                 }
1471         } else {
1472                 /*
1473                  * Not allocatable, give up.
1474                  */
1475                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1476                 atomic_add_int(&vm_pageout_deficit,
1477                     MAX((u_int)req >> VM_ALLOC_COUNT_SHIFT, 1));
1478                 pagedaemon_wakeup();
1479                 return (NULL);
1480         }
1481
1482         /*
1483          *  At this point we had better have found a good page.
1484          */
1485
1486         KASSERT(m != NULL, ("vm_page_alloc: missing page"));
1487         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1488             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected queue %d", m, m->queue));
1489         KASSERT(m->wire_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is wired", m));
1490         KASSERT(m->hold_count == 0, ("vm_page_alloc: page %p is held", m));
1491         KASSERT(m->busy == 0, ("vm_page_alloc: page %p is busy", m));
1492         KASSERT(m->dirty == 0, ("vm_page_alloc: page %p is dirty", m));
1493         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1494             ("vm_page_alloc: page %p has unexpected memattr %d", m,
1495             pmap_page_get_memattr(m)));
1496         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1497                 KASSERT(m->valid != 0,
1498                     ("vm_page_alloc: cached page %p is invalid", m));
1499                 if (m->object == object && m->pindex == pindex)
1500                         cnt.v_reactivated++;
1501                 else
1502                         m->valid = 0;
1503                 m_object = m->object;
1504                 vm_page_cache_remove(m);
1505                 if (m_object->type == OBJT_VNODE && m_object->cache == NULL)
1506                         vp = m_object->handle;
1507         } else {
1508                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1509                     ("vm_page_alloc: page %p is not free", m));
1510                 KASSERT(m->valid == 0,
1511                     ("vm_page_alloc: free page %p is valid", m));
1512                 cnt.v_free_count--;
1513         }
1514
1515         /*
1516          * Only the PG_ZERO flag is inherited.  The PG_CACHED or PG_FREE flag
1517          * must be cleared before the free page queues lock is released.
1518          */
1519         flags = 0;
1520         if (req & VM_ALLOC_NODUMP)
1521                 flags |= PG_NODUMP;
1522         if (m->flags & PG_ZERO) {
1523                 vm_page_zero_count--;
1524                 if (req & VM_ALLOC_ZERO)
1525                         flags = PG_ZERO;
1526         }
1527         m->flags = flags;
1528         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1529         m->aflags = 0;
1530         if (object == NULL || object->type == OBJT_PHYS)
1531                 m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1532         else
1533                 m->oflags = 0;
1534         if ((req & (VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ)) == 0)
1535                 m->oflags |= VPO_BUSY;
1536         if (req & VM_ALLOC_WIRED) {
1537                 /*
1538                  * The page lock is not required for wiring a page until that
1539                  * page is inserted into the object.
1540                  */
1541                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1542                 m->wire_count = 1;
1543         }
1544         m->act_count = 0;
1545
1546         if (object != NULL) {
1547                 /* Ignore device objects; the pager sets "memattr" for them. */
1548                 if (object->memattr != VM_MEMATTR_DEFAULT &&
1549                     object->type != OBJT_DEVICE && object->type != OBJT_SG)
1550                         pmap_page_set_memattr(m, object->memattr);
1551                 vm_page_insert(m, object, pindex);
1552         } else
1553                 m->pindex = pindex;
1554
1555         /*
1556          * The following call to vdrop() must come after the above call
1557          * to vm_page_insert() in case both affect the same object and
1558          * vnode.  Otherwise, the affected vnode's hold count could
1559          * temporarily become zero.
1560          */
1561         if (vp != NULL)
1562                 vdrop(vp);
1563
1564         /*
1565          * Don't wakeup too often - wakeup the pageout daemon when
1566          * we would be nearly out of memory.
1567          */
1568         if (vm_paging_needed())
1569                 pagedaemon_wakeup();
1570
1571         return (m);
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Initialize a page that has been freshly dequeued from a freelist.
1576  * The caller has to drop the vnode returned, if it is not NULL.
1577  *
1578  * To be called with vm_page_queue_free_mtx held.
1579  */
1580 struct vnode *
1581 vm_page_alloc_init(vm_page_t m)
1582 {
1583         struct vnode *drop;
1584         vm_object_t m_object;
1585
1586         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1587             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected queue %d",
1588             m, m->queue));
1589         KASSERT(m->wire_count == 0,
1590             ("vm_page_alloc_init: page %p is wired", m));
1591         KASSERT(m->hold_count == 0,
1592             ("vm_page_alloc_init: page %p is held", m));
1593         KASSERT(m->busy == 0,
1594             ("vm_page_alloc_init: page %p is busy", m));
1595         KASSERT(m->dirty == 0,
1596             ("vm_page_alloc_init: page %p is dirty", m));
1597         KASSERT(pmap_page_get_memattr(m) == VM_MEMATTR_DEFAULT,
1598             ("vm_page_alloc_init: page %p has unexpected memattr %d",
1599             m, pmap_page_get_memattr(m)));
1600         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1601         drop = NULL;
1602         if ((m->flags & PG_CACHED) != 0) {
1603                 m->valid = 0;
1604                 m_object = m->object;
1605                 vm_page_cache_remove(m);
1606                 if (m_object->type == OBJT_VNODE &&
1607                     m_object->cache == NULL)
1608                         drop = m_object->handle;
1609         } else {
1610                 KASSERT(VM_PAGE_IS_FREE(m),
1611                     ("vm_page_alloc_init: page %p is not free", m));
1612                 KASSERT(m->valid == 0,
1613                     ("vm_page_alloc_init: free page %p is valid", m));
1614                 cnt.v_free_count--;
1615         }
1616         if (m->flags & PG_ZERO)
1617                 vm_page_zero_count--;
1618         /* Don't clear the PG_ZERO flag; we'll need it later. */
1619         m->flags &= PG_ZERO;
1620         m->aflags = 0;
1621         m->oflags = VPO_UNMANAGED;
1622         /* Unmanaged pages don't use "act_count". */
1623         return (drop);
1624 }
1625
1626 /*
1627  *      vm_page_alloc_freelist:
1628  * 
1629  *      Allocate a page from the specified freelist.
1630  *      Only the ALLOC_CLASS values in req are honored, other request flags
1631  *      are ignored.
1632  */
1633 vm_page_t
1634 vm_page_alloc_freelist(int flind, int req)
1635 {
1636         struct vnode *drop;
1637         vm_page_t m;
1638         int page_req;
1639
1640         m = NULL;
1641         page_req = req & VM_ALLOC_CLASS_MASK;
1642         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1643         /*
1644          * Do not allocate reserved pages unless the req has asked for it.
1645          */
1646         if (cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_free_reserved ||
1647             (page_req == VM_ALLOC_SYSTEM && 
1648             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > cnt.v_interrupt_free_min) ||
1649             (page_req == VM_ALLOC_INTERRUPT &&
1650             cnt.v_free_count + cnt.v_cache_count > 0)) {
1651                 m = vm_phys_alloc_freelist_pages(flind, VM_FREEPOOL_DIRECT, 0);
1652         }
1653         if (m == NULL) {
1654                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1655                 return (NULL);
1656         }
1657         drop = vm_page_alloc_init(m);
1658         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1659         if (drop)
1660                 vdrop(drop);
1661         return (m);
1662 }
1663
1664 /*
1665  *      vm_wait:        (also see VM_WAIT macro)
1666  *
1667  *      Sleep until free pages are available for allocation.
1668  *      - Called in various places before memory allocations.
1669  */
1670 void
1671 vm_wait(void)
1672 {
1673
1674         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1675         if (curproc == pageproc) {
1676                 vm_pageout_pages_needed = 1;
1677                 msleep(&vm_pageout_pages_needed, &vm_page_queue_free_mtx,
1678                     PDROP | PSWP, "VMWait", 0);
1679         } else {
1680                 if (!vm_pages_needed) {
1681                         vm_pages_needed = 1;
1682                         wakeup(&vm_pages_needed);
1683                 }
1684                 msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PVM,
1685                     "vmwait", 0);
1686         }
1687 }
1688
1689 /*
1690  *      vm_waitpfault:  (also see VM_WAITPFAULT macro)
1691  *
1692  *      Sleep until free pages are available for allocation.
1693  *      - Called only in vm_fault so that processes page faulting
1694  *        can be easily tracked.
1695  *      - Sleeps at a lower priority than vm_wait() so that vm_wait()ing
1696  *        processes will be able to grab memory first.  Do not change
1697  *        this balance without careful testing first.
1698  */
1699 void
1700 vm_waitpfault(void)
1701 {
1702
1703         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1704         if (!vm_pages_needed) {
1705                 vm_pages_needed = 1;
1706                 wakeup(&vm_pages_needed);
1707         }
1708         msleep(&cnt.v_free_count, &vm_page_queue_free_mtx, PDROP | PUSER,
1709             "pfault", 0);
1710 }
1711
1712 /*
1713  *      vm_page_requeue:
1714  *
1715  *      Move the given page to the tail of its present page queue.
1716  *
1717  *      The page queues must be locked.
1718  */
1719 void
1720 vm_page_requeue(vm_page_t m)
1721 {
1722         struct vpgqueues *vpq;
1723         int queue;
1724
1725         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1726         queue = m->queue;
1727         KASSERT(queue != PQ_NONE,
1728             ("vm_page_requeue: page %p is not queued", m));
1729         vpq = &vm_page_queues[queue];
1730         TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
1731         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
1732 }
1733
1734 /*
1735  *      vm_page_queue_remove:
1736  *
1737  *      Remove the given page from the specified queue.
1738  *
1739  *      The page and page queues must be locked.
1740  */
1741 static __inline void
1742 vm_page_queue_remove(int queue, vm_page_t m)
1743 {
1744         struct vpgqueues *pq;
1745
1746         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1747         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1748         pq = &vm_page_queues[queue];
1749         TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
1750         (*pq->cnt)--;
1751 }
1752
1753 /*
1754  *      vm_pageq_remove:
1755  *
1756  *      Remove a page from its queue.
1757  *
1758  *      The given page must be locked.
1759  */
1760 void
1761 vm_pageq_remove(vm_page_t m)
1762 {
1763         int queue;
1764
1765         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1766         if ((queue = m->queue) != PQ_NONE) {
1767                 vm_page_lock_queues();
1768                 m->queue = PQ_NONE;
1769                 vm_page_queue_remove(queue, m);
1770                 vm_page_unlock_queues();
1771         }
1772 }
1773
1774 /*
1775  *      vm_page_enqueue:
1776  *
1777  *      Add the given page to the specified queue.
1778  *
1779  *      The page queues must be locked.
1780  */
1781 static void
1782 vm_page_enqueue(int queue, vm_page_t m)
1783 {
1784         struct vpgqueues *vpq;
1785
1786         vpq = &vm_page_queues[queue];
1787         m->queue = queue;
1788         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
1789         ++*vpq->cnt;
1790 }
1791
1792 /*
1793  *      vm_page_activate:
1794  *
1795  *      Put the specified page on the active list (if appropriate).
1796  *      Ensure that act_count is at least ACT_INIT but do not otherwise
1797  *      mess with it.
1798  *
1799  *      The page must be locked.
1800  */
1801 void
1802 vm_page_activate(vm_page_t m)
1803 {
1804         int queue;
1805
1806         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1807         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
1808         if ((queue = m->queue) != PQ_ACTIVE) {
1809                 if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
1810                         if (m->act_count < ACT_INIT)
1811                                 m->act_count = ACT_INIT;
1812                         vm_page_lock_queues();
1813                         if (queue != PQ_NONE)
1814                                 vm_page_queue_remove(queue, m);
1815                         vm_page_enqueue(PQ_ACTIVE, m);
1816                         vm_page_unlock_queues();
1817                 } else
1818                         KASSERT(queue == PQ_NONE,
1819                             ("vm_page_activate: wired page %p is queued", m));
1820         } else {
1821                 if (m->act_count < ACT_INIT)
1822                         m->act_count = ACT_INIT;
1823         }
1824 }
1825
1826 /*
1827  *      vm_page_free_wakeup:
1828  *
1829  *      Helper routine for vm_page_free_toq() and vm_page_cache().  This
1830  *      routine is called when a page has been added to the cache or free
1831  *      queues.
1832  *
1833  *      The page queues must be locked.
1834  */
1835 static inline void
1836 vm_page_free_wakeup(void)
1837 {
1838
1839         mtx_assert(&vm_page_queue_free_mtx, MA_OWNED);
1840         /*
1841          * if pageout daemon needs pages, then tell it that there are
1842          * some free.
1843          */
1844         if (vm_pageout_pages_needed &&
1845             cnt.v_cache_count + cnt.v_free_count >= cnt.v_pageout_free_min) {
1846                 wakeup(&vm_pageout_pages_needed);
1847                 vm_pageout_pages_needed = 0;
1848         }
1849         /*
1850          * wakeup processes that are waiting on memory if we hit a
1851          * high water mark. And wakeup scheduler process if we have
1852          * lots of memory. this process will swapin processes.
1853          */
1854         if (vm_pages_needed && !vm_page_count_min()) {
1855                 vm_pages_needed = 0;
1856                 wakeup(&cnt.v_free_count);
1857         }
1858 }
1859
1860 /*
1861  *      vm_page_free_toq:
1862  *
1863  *      Returns the given page to the free list,
1864  *      disassociating it with any VM object.
1865  *
1866  *      The object must be locked.  The page must be locked if it is managed.
1867  */
1868 void
1869 vm_page_free_toq(vm_page_t m)
1870 {
1871
1872         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
1873                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1874                 KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
1875                     ("vm_page_free_toq: freeing mapped page %p", m));
1876         }
1877         PCPU_INC(cnt.v_tfree);
1878
1879         if (VM_PAGE_IS_FREE(m))
1880                 panic("vm_page_free: freeing free page %p", m);
1881         else if (m->busy != 0)
1882                 panic("vm_page_free: freeing busy page %p", m);
1883
1884         /*
1885          * Unqueue, then remove page.  Note that we cannot destroy
1886          * the page here because we do not want to call the pager's
1887          * callback routine until after we've put the page on the
1888          * appropriate free queue.
1889          */
1890         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1891                 vm_pageq_remove(m);
1892         vm_page_remove(m);
1893
1894         /*
1895          * If fictitious remove object association and
1896          * return, otherwise delay object association removal.
1897          */
1898         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1899                 return;
1900         }
1901
1902         m->valid = 0;
1903         vm_page_undirty(m);
1904
1905         if (m->wire_count != 0)
1906                 panic("vm_page_free: freeing wired page %p", m);
1907         if (m->hold_count != 0) {
1908                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1909                 vm_page_lock_queues();
1910                 vm_page_enqueue(PQ_HOLD, m);
1911                 vm_page_unlock_queues();
1912         } else {
1913                 /*
1914                  * Restore the default memory attribute to the page.
1915                  */
1916                 if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
1917                         pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1918
1919                 /*
1920                  * Insert the page into the physical memory allocator's
1921                  * cache/free page queues.
1922                  */
1923                 mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
1924                 m->flags |= PG_FREE;
1925                 cnt.v_free_count++;
1926 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1927                 if (!vm_reserv_free_page(m))
1928 #else
1929                 if (TRUE)
1930 #endif
1931                         vm_phys_free_pages(m, 0);
1932                 if ((m->flags & PG_ZERO) != 0)
1933                         ++vm_page_zero_count;
1934                 else
1935                         vm_page_zero_idle_wakeup();
1936                 vm_page_free_wakeup();
1937                 mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
1938         }
1939 }
1940
1941 /*
1942  *      vm_page_wire:
1943  *
1944  *      Mark this page as wired down by yet
1945  *      another map, removing it from paging queues
1946  *      as necessary.
1947  *
1948  *      If the page is fictitious, then its wire count must remain one.
1949  *
1950  *      The page must be locked.
1951  */
1952 void
1953 vm_page_wire(vm_page_t m)
1954 {
1955
1956         /*
1957          * Only bump the wire statistics if the page is not already wired,
1958          * and only unqueue the page if it is on some queue (if it is unmanaged
1959          * it is already off the queues).
1960          */
1961         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1962         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
1963                 KASSERT(m->wire_count == 1,
1964                     ("vm_page_wire: fictitious page %p's wire count isn't one",
1965                     m));
1966                 return;
1967         }
1968         if (m->wire_count == 0) {
1969                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1970                         vm_pageq_remove(m);
1971                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1972         }
1973         m->wire_count++;
1974         KASSERT(m->wire_count != 0, ("vm_page_wire: wire_count overflow m=%p", m));
1975 }
1976
1977 /*
1978  * vm_page_unwire:
1979  *
1980  * Release one wiring of the specified page, potentially enabling it to be
1981  * paged again.  If paging is enabled, then the value of the parameter
1982  * "activate" determines to which queue the page is added.  If "activate" is
1983  * non-zero, then the page is added to the active queue.  Otherwise, it is
1984  * added to the inactive queue.
1985  *
1986  * However, unless the page belongs to an object, it is not enqueued because
1987  * it cannot be paged out.
1988  *
1989  * If a page is fictitious, then its wire count must alway be one.
1990  *
1991  * A managed page must be locked.
1992  */
1993 void
1994 vm_page_unwire(vm_page_t m, int activate)
1995 {
1996
1997         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
1998                 vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
1999         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0) {
2000                 KASSERT(m->wire_count == 1,
2001             ("vm_page_unwire: fictitious page %p's wire count isn't one", m));
2002                 return;
2003         }
2004         if (m->wire_count > 0) {
2005                 m->wire_count--;
2006                 if (m->wire_count == 0) {
2007                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2008                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
2009                             m->object == NULL)
2010                                 return;
2011                         if (!activate)
2012                                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2013                         vm_page_lock_queues();
2014                         vm_page_enqueue(activate ? PQ_ACTIVE : PQ_INACTIVE, m);
2015                         vm_page_unlock_queues();
2016                 }
2017         } else
2018                 panic("vm_page_unwire: page %p's wire count is zero", m);
2019 }
2020
2021 /*
2022  * Move the specified page to the inactive queue.
2023  *
2024  * Many pages placed on the inactive queue should actually go
2025  * into the cache, but it is difficult to figure out which.  What
2026  * we do instead, if the inactive target is well met, is to put
2027  * clean pages at the head of the inactive queue instead of the tail.
2028  * This will cause them to be moved to the cache more quickly and
2029  * if not actively re-referenced, reclaimed more quickly.  If we just
2030  * stick these pages at the end of the inactive queue, heavy filesystem
2031  * meta-data accesses can cause an unnecessary paging load on memory bound 
2032  * processes.  This optimization causes one-time-use metadata to be
2033  * reused more quickly.
2034  *
2035  * Normally athead is 0 resulting in LRU operation.  athead is set
2036  * to 1 if we want this page to be 'as if it were placed in the cache',
2037  * except without unmapping it from the process address space.
2038  *
2039  * The page must be locked.
2040  */
2041 static inline void
2042 _vm_page_deactivate(vm_page_t m, int athead)
2043 {
2044         int queue;
2045
2046         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2047
2048         /*
2049          * Ignore if already inactive.
2050          */
2051         if ((queue = m->queue) == PQ_INACTIVE)
2052                 return;
2053         if (m->wire_count == 0 && (m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2054                 m->flags &= ~PG_WINATCFLS;
2055                 vm_page_lock_queues();
2056                 if (queue != PQ_NONE)
2057                         vm_page_queue_remove(queue, m);
2058                 if (athead)
2059                         TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m,
2060                             pageq);
2061                 else
2062                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[PQ_INACTIVE].pl, m,
2063                             pageq);
2064                 m->queue = PQ_INACTIVE;
2065                 cnt.v_inactive_count++;
2066                 vm_page_unlock_queues();
2067         }
2068 }
2069
2070 /*
2071  * Move the specified page to the inactive queue.
2072  *
2073  * The page must be locked.
2074  */
2075 void
2076 vm_page_deactivate(vm_page_t m)
2077 {
2078
2079         _vm_page_deactivate(m, 0);
2080 }
2081
2082 /*
2083  * vm_page_try_to_cache:
2084  *
2085  * Returns 0 on failure, 1 on success
2086  */
2087 int
2088 vm_page_try_to_cache(vm_page_t m)
2089 {
2090
2091         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2092         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2093         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
2094             (m->oflags & (VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED)) != 0)
2095                 return (0);
2096         pmap_remove_all(m);
2097         if (m->dirty)
2098                 return (0);
2099         vm_page_cache(m);
2100         return (1);
2101 }
2102
2103 /*
2104  * vm_page_try_to_free()
2105  *
2106  *      Attempt to free the page.  If we cannot free it, we do nothing.
2107  *      1 is returned on success, 0 on failure.
2108  */
2109 int
2110 vm_page_try_to_free(vm_page_t m)
2111 {
2112
2113         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2114         if (m->object != NULL)
2115                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2116         if (m->dirty || m->hold_count || m->busy || m->wire_count ||
2117             (m->oflags & (VPO_BUSY | VPO_UNMANAGED)) != 0)
2118                 return (0);
2119         pmap_remove_all(m);
2120         if (m->dirty)
2121                 return (0);
2122         vm_page_free(m);
2123         return (1);
2124 }
2125
2126 /*
2127  * vm_page_cache
2128  *
2129  * Put the specified page onto the page cache queue (if appropriate).
2130  *
2131  * The object and page must be locked.
2132  */
2133 void
2134 vm_page_cache(vm_page_t m)
2135 {
2136         vm_object_t object;
2137         vm_page_t next, prev, root;
2138
2139         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2140         object = m->object;
2141         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2142         if ((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) || m->busy ||
2143             m->hold_count || m->wire_count)
2144                 panic("vm_page_cache: attempting to cache busy page");
2145         pmap_remove_all(m);
2146         if (m->dirty != 0)
2147                 panic("vm_page_cache: page %p is dirty", m);
2148         if (m->valid == 0 || object->type == OBJT_DEFAULT ||
2149             (object->type == OBJT_SWAP &&
2150             !vm_pager_has_page(object, m->pindex, NULL, NULL))) {
2151                 /*
2152                  * Hypothesis: A cache-elgible page belonging to a
2153                  * default object or swap object but without a backing
2154                  * store must be zero filled.
2155                  */
2156                 vm_page_free(m);
2157                 return;
2158         }
2159         KASSERT((m->flags & PG_CACHED) == 0,
2160             ("vm_page_cache: page %p is already cached", m));
2161         PCPU_INC(cnt.v_tcached);
2162
2163         /*
2164          * Remove the page from the paging queues.
2165          */
2166         vm_pageq_remove(m);
2167
2168         /*
2169          * Remove the page from the object's collection of resident
2170          * pages. 
2171          */
2172         if ((next = TAILQ_NEXT(m, listq)) != NULL && next->left == m) {
2173                 /*
2174                  * Since the page's successor in the list is also its parent
2175                  * in the tree, its right subtree must be empty.
2176                  */
2177                 next->left = m->left;
2178                 KASSERT(m->right == NULL,
2179                     ("vm_page_cache: page %p has right child", m));
2180         } else if ((prev = TAILQ_PREV(m, pglist, listq)) != NULL &&
2181             prev->right == m) {
2182                 /*
2183                  * Since the page's predecessor in the list is also its parent
2184                  * in the tree, its left subtree must be empty.
2185                  */
2186                 KASSERT(m->left == NULL,
2187                     ("vm_page_cache: page %p has left child", m));
2188                 prev->right = m->right;
2189         } else {
2190                 if (m != object->root)
2191                         vm_page_splay(m->pindex, object->root);
2192                 if (m->left == NULL)
2193                         root = m->right;
2194                 else if (m->right == NULL)
2195                         root = m->left;
2196                 else {
2197                         /*
2198                          * Move the page's successor to the root, because
2199                          * pages are usually removed in ascending order.
2200                          */
2201                         if (m->right != next)
2202                                 vm_page_splay(m->pindex, m->right);
2203                         next->left = m->left;
2204                         root = next;
2205                 }
2206                 object->root = root;
2207         }
2208         TAILQ_REMOVE(&object->memq, m, listq);
2209         object->resident_page_count--;
2210
2211         /*
2212          * Restore the default memory attribute to the page.
2213          */
2214         if (pmap_page_get_memattr(m) != VM_MEMATTR_DEFAULT)
2215                 pmap_page_set_memattr(m, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2216
2217         /*
2218          * Insert the page into the object's collection of cached pages
2219          * and the physical memory allocator's cache/free page queues.
2220          */
2221         m->flags &= ~PG_ZERO;
2222         mtx_lock(&vm_page_queue_free_mtx);
2223         m->flags |= PG_CACHED;
2224         cnt.v_cache_count++;
2225         root = object->cache;
2226         if (root == NULL) {
2227                 m->left = NULL;
2228                 m->right = NULL;
2229         } else {
2230                 root = vm_page_splay(m->pindex, root);
2231                 if (m->pindex < root->pindex) {
2232                         m->left = root->left;
2233                         m->right = root;
2234                         root->left = NULL;
2235                 } else if (__predict_false(m->pindex == root->pindex))
2236                         panic("vm_page_cache: offset already cached");
2237                 else {
2238                         m->right = root->right;
2239                         m->left = root;
2240                         root->right = NULL;
2241                 }
2242         }
2243         object->cache = m;
2244 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2245         if (!vm_reserv_free_page(m)) {
2246 #else
2247         if (TRUE) {
2248 #endif
2249                 vm_phys_set_pool(VM_FREEPOOL_CACHE, m, 0);
2250                 vm_phys_free_pages(m, 0);
2251         }
2252         vm_page_free_wakeup();
2253         mtx_unlock(&vm_page_queue_free_mtx);
2254
2255         /*
2256          * Increment the vnode's hold count if this is the object's only
2257          * cached page.  Decrement the vnode's hold count if this was
2258          * the object's only resident page.
2259          */
2260         if (object->type == OBJT_VNODE) {
2261                 if (root == NULL && object->resident_page_count != 0)
2262                         vhold(object->handle);
2263                 else if (root != NULL && object->resident_page_count == 0)
2264                         vdrop(object->handle);
2265         }
2266 }
2267
2268 /*
2269  * vm_page_dontneed
2270  *
2271  *      Cache, deactivate, or do nothing as appropriate.  This routine
2272  *      is typically used by madvise() MADV_DONTNEED.
2273  *
2274  *      Generally speaking we want to move the page into the cache so
2275  *      it gets reused quickly.  However, this can result in a silly syndrome
2276  *      due to the page recycling too quickly.  Small objects will not be
2277  *      fully cached.  On the otherhand, if we move the page to the inactive
2278  *      queue we wind up with a problem whereby very large objects 
2279  *      unnecessarily blow away our inactive and cache queues.
2280  *
2281  *      The solution is to move the pages based on a fixed weighting.  We
2282  *      either leave them alone, deactivate them, or move them to the cache,
2283  *      where moving them to the cache has the highest weighting.
2284  *      By forcing some pages into other queues we eventually force the
2285  *      system to balance the queues, potentially recovering other unrelated
2286  *      space from active.  The idea is to not force this to happen too
2287  *      often.
2288  *
2289  *      The object and page must be locked.
2290  */
2291 void
2292 vm_page_dontneed(vm_page_t m)
2293 {
2294         int dnw;
2295         int head;
2296
2297         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2298         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2299         dnw = PCPU_GET(dnweight);
2300         PCPU_INC(dnweight);
2301
2302         /*
2303          * Occasionally leave the page alone.
2304          */
2305         if ((dnw & 0x01F0) == 0 || m->queue == PQ_INACTIVE) {
2306                 if (m->act_count >= ACT_INIT)
2307                         --m->act_count;
2308                 return;
2309         }
2310
2311         /*
2312          * Clear any references to the page.  Otherwise, the page daemon will
2313          * immediately reactivate the page.
2314          *
2315          * Perform the pmap_clear_reference() first.  Otherwise, a concurrent
2316          * pmap operation, such as pmap_remove(), could clear a reference in
2317          * the pmap and set PGA_REFERENCED on the page before the
2318          * pmap_clear_reference() had completed.  Consequently, the page would
2319          * appear referenced based upon an old reference that occurred before
2320          * this function ran.
2321          */
2322         pmap_clear_reference(m);
2323         vm_page_aflag_clear(m, PGA_REFERENCED);
2324
2325         if (m->dirty == 0 && pmap_is_modified(m))
2326                 vm_page_dirty(m);
2327
2328         if (m->dirty || (dnw & 0x0070) == 0) {
2329                 /*
2330                  * Deactivate the page 3 times out of 32.
2331                  */
2332                 head = 0;
2333         } else {
2334                 /*
2335                  * Cache the page 28 times out of every 32.  Note that
2336                  * the page is deactivated instead of cached, but placed
2337                  * at the head of the queue instead of the tail.
2338                  */
2339                 head = 1;
2340         }
2341         _vm_page_deactivate(m, head);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * Grab a page, waiting until we are waken up due to the page
2346  * changing state.  We keep on waiting, if the page continues
2347  * to be in the object.  If the page doesn't exist, first allocate it
2348  * and then conditionally zero it.
2349  *
2350  * The caller must always specify the VM_ALLOC_RETRY flag.  This is intended
2351  * to facilitate its eventual removal.
2352  *
2353  * This routine may sleep.
2354  *
2355  * The object must be locked on entry.  The lock will, however, be released
2356  * and reacquired if the routine sleeps.
2357  */
2358 vm_page_t
2359 vm_page_grab(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, int allocflags)
2360 {
2361         vm_page_t m;
2362
2363         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2364         KASSERT((allocflags & VM_ALLOC_RETRY) != 0,
2365             ("vm_page_grab: VM_ALLOC_RETRY is required"));
2366 retrylookup:
2367         if ((m = vm_page_lookup(object, pindex)) != NULL) {
2368                 if ((m->oflags & VPO_BUSY) != 0 ||
2369                     ((allocflags & VM_ALLOC_IGN_SBUSY) == 0 && m->busy != 0)) {
2370                         /*
2371                          * Reference the page before unlocking and
2372                          * sleeping so that the page daemon is less
2373                          * likely to reclaim it.
2374                          */
2375                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2376                         vm_page_sleep(m, "pgrbwt");
2377                         goto retrylookup;
2378                 } else {
2379                         if ((allocflags & VM_ALLOC_WIRED) != 0) {
2380                                 vm_page_lock(m);
2381                                 vm_page_wire(m);
2382                                 vm_page_unlock(m);
2383                         }
2384                         if ((allocflags & VM_ALLOC_NOBUSY) == 0)
2385                                 vm_page_busy(m);
2386                         return (m);
2387                 }
2388         }
2389         m = vm_page_alloc(object, pindex, allocflags & ~(VM_ALLOC_RETRY |
2390             VM_ALLOC_IGN_SBUSY));
2391         if (m == NULL) {
2392                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
2393                 VM_WAIT;
2394                 VM_OBJECT_LOCK(object);
2395                 goto retrylookup;
2396         } else if (m->valid != 0)
2397                 return (m);
2398         if (allocflags & VM_ALLOC_ZERO && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
2399                 pmap_zero_page(m);
2400         return (m);
2401 }
2402
2403 /*
2404  * Mapping function for valid or dirty bits in a page.
2405  *
2406  * Inputs are required to range within a page.
2407  */
2408 vm_page_bits_t
2409 vm_page_bits(int base, int size)
2410 {
2411         int first_bit;
2412         int last_bit;
2413
2414         KASSERT(
2415             base + size <= PAGE_SIZE,
2416             ("vm_page_bits: illegal base/size %d/%d", base, size)
2417         );
2418
2419         if (size == 0)          /* handle degenerate case */
2420                 return (0);
2421
2422         first_bit = base >> DEV_BSHIFT;
2423         last_bit = (base + size - 1) >> DEV_BSHIFT;
2424
2425         return (((vm_page_bits_t)2 << last_bit) -
2426             ((vm_page_bits_t)1 << first_bit));
2427 }
2428
2429 /*
2430  *      vm_page_set_valid:
2431  *
2432  *      Sets portions of a page valid.  The arguments are expected
2433  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2434  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2435  *      such chunks will be zeroed.
2436  *
2437  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2438  */
2439 void
2440 vm_page_set_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2441 {
2442         int endoff, frag;
2443
2444         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2445         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2446                 return;
2447
2448         /*
2449          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2450          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2451          * first block.
2452          */
2453         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2454             (m->valid & (1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2455                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2456
2457         /*
2458          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2459          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2460          * the last block.
2461          */
2462         endoff = base + size;
2463         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2464             (m->valid & (1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2465                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2466                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2467
2468         /*
2469          * Assert that no previously invalid block that is now being validated
2470          * is already dirty. 
2471          */
2472         KASSERT((~m->valid & vm_page_bits(base, size) & m->dirty) == 0,
2473             ("vm_page_set_valid: page %p is dirty", m)); 
2474
2475         /*
2476          * Set valid bits inclusive of any overlap.
2477          */
2478         m->valid |= vm_page_bits(base, size);
2479 }
2480
2481 /*
2482  * Clear the given bits from the specified page's dirty field.
2483  */
2484 static __inline void
2485 vm_page_clear_dirty_mask(vm_page_t m, vm_page_bits_t pagebits)
2486 {
2487         uintptr_t addr;
2488 #if PAGE_SIZE < 16384
2489         int shift;
2490 #endif
2491
2492         /*
2493          * If the object is locked and the page is neither VPO_BUSY nor
2494          * write mapped, then the page's dirty field cannot possibly be
2495          * set by a concurrent pmap operation.
2496          */
2497         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2498         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 && !pmap_page_is_write_mapped(m))
2499                 m->dirty &= ~pagebits;
2500         else {
2501                 /*
2502                  * The pmap layer can call vm_page_dirty() without
2503                  * holding a distinguished lock.  The combination of
2504                  * the object's lock and an atomic operation suffice
2505                  * to guarantee consistency of the page dirty field.
2506                  *
2507                  * For PAGE_SIZE == 32768 case, compiler already
2508                  * properly aligns the dirty field, so no forcible
2509                  * alignment is needed. Only require existence of
2510                  * atomic_clear_64 when page size is 32768.
2511                  */
2512                 addr = (uintptr_t)&m->dirty;
2513 #if PAGE_SIZE == 32768
2514                 atomic_clear_64((uint64_t *)addr, pagebits);
2515 #elif PAGE_SIZE == 16384
2516                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits);
2517 #else           /* PAGE_SIZE <= 8192 */
2518                 /*
2519                  * Use a trick to perform a 32-bit atomic on the
2520                  * containing aligned word, to not depend on the existence
2521                  * of atomic_clear_{8, 16}.
2522                  */
2523                 shift = addr & (sizeof(uint32_t) - 1);
2524 #if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
2525                 shift = (sizeof(uint32_t) - sizeof(m->dirty) - shift) * NBBY;
2526 #else
2527                 shift *= NBBY;
2528 #endif
2529                 addr &= ~(sizeof(uint32_t) - 1);
2530                 atomic_clear_32((uint32_t *)addr, pagebits << shift);
2531 #endif          /* PAGE_SIZE */
2532         }
2533 }
2534
2535 /*
2536  *      vm_page_set_validclean:
2537  *
2538  *      Sets portions of a page valid and clean.  The arguments are expected
2539  *      to be DEV_BSIZE aligned but if they aren't the bitmap is inclusive
2540  *      of any partial chunks touched by the range.  The invalid portion of
2541  *      such chunks will be zero'd.
2542  *
2543  *      (base + size) must be less then or equal to PAGE_SIZE.
2544  */
2545 void
2546 vm_page_set_validclean(vm_page_t m, int base, int size)
2547 {
2548         vm_page_bits_t oldvalid, pagebits;
2549         int endoff, frag;
2550
2551         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2552         if (size == 0)  /* handle degenerate case */
2553                 return;
2554
2555         /*
2556          * If the base is not DEV_BSIZE aligned and the valid
2557          * bit is clear, we have to zero out a portion of the
2558          * first block.
2559          */
2560         if ((frag = base & ~(DEV_BSIZE - 1)) != base &&
2561             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (base >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2562                 pmap_zero_page_area(m, frag, base - frag);
2563
2564         /*
2565          * If the ending offset is not DEV_BSIZE aligned and the 
2566          * valid bit is clear, we have to zero out a portion of
2567          * the last block.
2568          */
2569         endoff = base + size;
2570         if ((frag = endoff & ~(DEV_BSIZE - 1)) != endoff &&
2571             (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << (endoff >> DEV_BSHIFT))) == 0)
2572                 pmap_zero_page_area(m, endoff,
2573                     DEV_BSIZE - (endoff & (DEV_BSIZE - 1)));
2574
2575         /*
2576          * Set valid, clear dirty bits.  If validating the entire
2577          * page we can safely clear the pmap modify bit.  We also
2578          * use this opportunity to clear the VPO_NOSYNC flag.  If a process
2579          * takes a write fault on a MAP_NOSYNC memory area the flag will
2580          * be set again.
2581          *
2582          * We set valid bits inclusive of any overlap, but we can only
2583          * clear dirty bits for DEV_BSIZE chunks that are fully within
2584          * the range.
2585          */
2586         oldvalid = m->valid;
2587         pagebits = vm_page_bits(base, size);
2588         m->valid |= pagebits;
2589 #if 0   /* NOT YET */
2590         if ((frag = base & (DEV_BSIZE - 1)) != 0) {
2591                 frag = DEV_BSIZE - frag;
2592                 base += frag;
2593                 size -= frag;
2594                 if (size < 0)
2595                         size = 0;
2596         }
2597         pagebits = vm_page_bits(base, size & (DEV_BSIZE - 1));
2598 #endif
2599         if (base == 0 && size == PAGE_SIZE) {
2600                 /*
2601                  * The page can only be modified within the pmap if it is
2602                  * mapped, and it can only be mapped if it was previously
2603                  * fully valid.
2604                  */
2605                 if (oldvalid == VM_PAGE_BITS_ALL)
2606                         /*
2607                          * Perform the pmap_clear_modify() first.  Otherwise,
2608                          * a concurrent pmap operation, such as
2609                          * pmap_protect(), could clear a modification in the
2610                          * pmap and set the dirty field on the page before
2611                          * pmap_clear_modify() had begun and after the dirty
2612                          * field was cleared here.
2613                          */
2614                         pmap_clear_modify(m);
2615                 m->dirty = 0;
2616                 m->oflags &= ~VPO_NOSYNC;
2617         } else if (oldvalid != VM_PAGE_BITS_ALL)
2618                 m->dirty &= ~pagebits;
2619         else
2620                 vm_page_clear_dirty_mask(m, pagebits);
2621 }
2622
2623 void
2624 vm_page_clear_dirty(vm_page_t m, int base, int size)
2625 {
2626
2627         vm_page_clear_dirty_mask(m, vm_page_bits(base, size));
2628 }
2629
2630 /*
2631  *      vm_page_set_invalid:
2632  *
2633  *      Invalidates DEV_BSIZE'd chunks within a page.  Both the
2634  *      valid and dirty bits for the effected areas are cleared.
2635  */
2636 void
2637 vm_page_set_invalid(vm_page_t m, int base, int size)
2638 {
2639         vm_page_bits_t bits;
2640
2641         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2642         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
2643             ("vm_page_set_invalid: page %p is busy", m));
2644         bits = vm_page_bits(base, size);
2645         if (m->valid == VM_PAGE_BITS_ALL && bits != 0)
2646                 pmap_remove_all(m);
2647         KASSERT(!pmap_page_is_mapped(m),
2648             ("vm_page_set_invalid: page %p is mapped", m));
2649         m->valid &= ~bits;
2650         m->dirty &= ~bits;
2651 }
2652
2653 /*
2654  * vm_page_zero_invalid()
2655  *
2656  *      The kernel assumes that the invalid portions of a page contain 
2657  *      garbage, but such pages can be mapped into memory by user code.
2658  *      When this occurs, we must zero out the non-valid portions of the
2659  *      page so user code sees what it expects.
2660  *
2661  *      Pages are most often semi-valid when the end of a file is mapped 
2662  *      into memory and the file's size is not page aligned.
2663  */
2664 void
2665 vm_page_zero_invalid(vm_page_t m, boolean_t setvalid)
2666 {
2667         int b;
2668         int i;
2669
2670         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2671         /*
2672          * Scan the valid bits looking for invalid sections that
2673          * must be zerod.  Invalid sub-DEV_BSIZE'd areas ( where the
2674          * valid bit may be set ) have already been zerod by
2675          * vm_page_set_validclean().
2676          */
2677         for (b = i = 0; i <= PAGE_SIZE / DEV_BSIZE; ++i) {
2678                 if (i == (PAGE_SIZE / DEV_BSIZE) || 
2679                     (m->valid & ((vm_page_bits_t)1 << i))) {
2680                         if (i > b) {
2681                                 pmap_zero_page_area(m, 
2682                                     b << DEV_BSHIFT, (i - b) << DEV_BSHIFT);
2683                         }
2684                         b = i + 1;
2685                 }
2686         }
2687
2688         /*
2689          * setvalid is TRUE when we can safely set the zero'd areas
2690          * as being valid.  We can do this if there are no cache consistancy
2691          * issues.  e.g. it is ok to do with UFS, but not ok to do with NFS.
2692          */
2693         if (setvalid)
2694                 m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2695 }
2696
2697 /*
2698  *      vm_page_is_valid:
2699  *
2700  *      Is (partial) page valid?  Note that the case where size == 0
2701  *      will return FALSE in the degenerate case where the page is
2702  *      entirely invalid, and TRUE otherwise.
2703  */
2704 int
2705 vm_page_is_valid(vm_page_t m, int base, int size)
2706 {
2707         vm_page_bits_t bits;
2708
2709         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2710         bits = vm_page_bits(base, size);
2711         if (m->valid && ((m->valid & bits) == bits))
2712                 return 1;
2713         else
2714                 return 0;
2715 }
2716
2717 /*
2718  * Set the page's dirty bits if the page is modified.
2719  */
2720 void
2721 vm_page_test_dirty(vm_page_t m)
2722 {
2723
2724         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2725         if (m->dirty != VM_PAGE_BITS_ALL && pmap_is_modified(m))
2726                 vm_page_dirty(m);
2727 }
2728
2729 void
2730 vm_page_lock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2731 {
2732
2733         mtx_lock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
2734 }
2735
2736 void
2737 vm_page_unlock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2738 {
2739
2740         mtx_unlock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line);
2741 }
2742
2743 int
2744 vm_page_trylock_KBI(vm_page_t m, const char *file, int line)
2745 {
2746
2747         return (mtx_trylock_flags_(vm_page_lockptr(m), 0, file, line));
2748 }
2749
2750 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
2751 void
2752 vm_page_lock_assert_KBI(vm_page_t m, int a, const char *file, int line)
2753 {
2754
2755         mtx_assert_(vm_page_lockptr(m), a, file, line);
2756 }
2757 #endif
2758
2759 int so_zerocp_fullpage = 0;
2760
2761 /*
2762  *      Replace the given page with a copy.  The copied page assumes
2763  *      the portion of the given page's "wire_count" that is not the
2764  *      responsibility of this copy-on-write mechanism.
2765  *
2766  *      The object containing the given page must have a non-zero
2767  *      paging-in-progress count and be locked.
2768  */
2769 void
2770 vm_page_cowfault(vm_page_t m)
2771 {
2772         vm_page_t mnew;
2773         vm_object_t object;
2774         vm_pindex_t pindex;
2775
2776         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_NOTOWNED);
2777         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2778         object = m->object;
2779         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
2780         KASSERT(object->paging_in_progress != 0,
2781             ("vm_page_cowfault: object %p's paging-in-progress count is zero.",
2782             object)); 
2783         pindex = m->pindex;
2784
2785  retry_alloc:
2786         pmap_remove_all(m);
2787         vm_page_remove(m);
2788         mnew = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY);
2789         if (mnew == NULL) {
2790                 vm_page_insert(m, object, pindex);
2791                 vm_page_unlock(m);
2792                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
2793                 VM_WAIT;
2794                 VM_OBJECT_LOCK(object);
2795                 if (m == vm_page_lookup(object, pindex)) {
2796                         vm_page_lock(m);
2797                         goto retry_alloc;
2798                 } else {
2799                         /*
2800                          * Page disappeared during the wait.
2801                          */
2802                         return;
2803                 }
2804         }
2805
2806         if (m->cow == 0) {
2807                 /* 
2808                  * check to see if we raced with an xmit complete when 
2809                  * waiting to allocate a page.  If so, put things back 
2810                  * the way they were 
2811                  */
2812                 vm_page_unlock(m);
2813                 vm_page_lock(mnew);
2814                 vm_page_free(mnew);
2815                 vm_page_unlock(mnew);
2816                 vm_page_insert(m, object, pindex);
2817         } else { /* clear COW & copy page */
2818                 if (!so_zerocp_fullpage)
2819                         pmap_copy_page(m, mnew);
2820                 mnew->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2821                 vm_page_dirty(mnew);
2822                 mnew->wire_count = m->wire_count - m->cow;
2823                 m->wire_count = m->cow;
2824                 vm_page_unlock(m);
2825         }
2826 }
2827
2828 void 
2829 vm_page_cowclear(vm_page_t m)
2830 {
2831
2832         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2833         if (m->cow) {
2834                 m->cow--;
2835                 /* 
2836                  * let vm_fault add back write permission  lazily
2837                  */
2838         } 
2839         /*
2840          *  sf_buf_free() will free the page, so we needn't do it here
2841          */ 
2842 }
2843
2844 int
2845 vm_page_cowsetup(vm_page_t m)
2846 {
2847
2848         vm_page_lock_assert(m, MA_OWNED);
2849         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2850             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
2851             m->cow == USHRT_MAX - 1 || !VM_OBJECT_TRYLOCK(m->object))
2852                 return (EBUSY);
2853         m->cow++;
2854         pmap_remove_write(m);
2855         VM_OBJECT_UNLOCK(m->object);
2856         return (0);
2857 }
2858
2859 #ifdef INVARIANTS
2860 void
2861 vm_page_object_lock_assert(vm_page_t m)
2862 {
2863
2864         /*
2865          * Certain of the page's fields may only be modified by the
2866          * holder of the containing object's lock or the setter of the
2867          * page's VPO_BUSY flag.  Unfortunately, the setter of the
2868          * VPO_BUSY flag is not recorded, and thus cannot be checked
2869          * here.
2870          */
2871         if (m->object != NULL && (m->oflags & VPO_BUSY) == 0)
2872                 VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
2873 }
2874 #endif
2875
2876 #include "opt_ddb.h"
2877 #ifdef DDB
2878 #include <sys/kernel.h>
2879
2880 #include <ddb/ddb.h>
2881
2882 DB_SHOW_COMMAND(page, vm_page_print_page_info)
2883 {
2884         db_printf("cnt.v_free_count: %d\n", cnt.v_free_count);
2885         db_printf("cnt.v_cache_count: %d\n", cnt.v_cache_count);
2886         db_printf("cnt.v_inactive_count: %d\n", cnt.v_inactive_count);
2887         db_printf("cnt.v_active_count: %d\n", cnt.v_active_count);
2888         db_printf("cnt.v_wire_count: %d\n", cnt.v_wire_count);
2889         db_printf("cnt.v_free_reserved: %d\n", cnt.v_free_reserved);
2890         db_printf("cnt.v_free_min: %d\n", cnt.v_free_min);
2891         db_printf("cnt.v_free_target: %d\n", cnt.v_free_target);
2892         db_printf("cnt.v_cache_min: %d\n", cnt.v_cache_min);
2893         db_printf("cnt.v_inactive_target: %d\n", cnt.v_inactive_target);
2894 }
2895
2896 DB_SHOW_COMMAND(pageq, vm_page_print_pageq_info)
2897 {
2898                 
2899         db_printf("PQ_FREE:");
2900         db_printf(" %d", cnt.v_free_count);
2901         db_printf("\n");
2902                 
2903         db_printf("PQ_CACHE:");
2904         db_printf(" %d", cnt.v_cache_count);
2905         db_printf("\n");
2906
2907         db_printf("PQ_ACTIVE: %d, PQ_INACTIVE: %d\n",
2908                 *vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt,
2909                 *vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt);
2910 }
2911
2912 DB_SHOW_COMMAND(pginfo, vm_page_print_pginfo)
2913 {
2914         vm_page_t m;
2915         boolean_t phys;
2916
2917         if (!have_addr) {
2918                 db_printf("show pginfo addr\n");
2919                 return;
2920         }
2921
2922         phys = strchr(modif, 'p') != NULL;
2923         if (phys)
2924                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(addr);
2925         else
2926                 m = (vm_page_t)addr;
2927         db_printf(
2928     "page %p obj %p pidx 0x%jx phys 0x%jx q %d hold %d wire %d\n"
2929     "  af 0x%x of 0x%x f 0x%x act %d busy %d valid 0x%x dirty 0x%x\n",
2930             m, m->object, (uintmax_t)m->pindex, (uintmax_t)m->phys_addr,
2931             m->queue, m->hold_count, m->wire_count, m->aflags, m->oflags,
2932             m->flags, m->act_count, m->busy, m->valid, m->dirty);
2933 }
2934 #endif /* DDB */