]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
amd64: clean up empty lines in .c and .h files
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #ifdef NUMA
327 #define pa_index(pa)    ({                                      \
328         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
329             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
330         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
331 })
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
344 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
345
346 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
347
348 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
349                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
350 #endif
351
352 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
353         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
354         struct rwlock *_new_lock;                       \
355                                                         \
356         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
357         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
358                 if (*_lockp != NULL)                    \
359                         rw_wunlock(*_lockp);            \
360                 *_lockp = _new_lock;                    \
361                 rw_wlock(*_lockp);                      \
362         }                                               \
363 } while (0)
364
365 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
366                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
367
368 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
369         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
370                                                         \
371         if (*_lockp != NULL) {                          \
372                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
373                 *_lockp = NULL;                         \
374         }                                               \
375 } while (0)
376
377 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
378                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
379
380 struct pmap kernel_pmap_store;
381
382 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
383 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
384
385 int nkpt;
386 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
387     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
388
389 static int ndmpdp;
390 vm_paddr_t dmaplimit;
391 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
392 pt_entry_t pg_nx;
393
394 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
395     "VM/pmap parameters");
396
397 static int pg_ps_enabled = 1;
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
399     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
400
401 int __read_frequently la57 = 0;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
403     &la57, 0,
404     "5-level paging for host is enabled");
405
406 static bool
407 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
408 {
409         if (pmap->pm_type == PT_X86)
410                 return (la57);
411         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
412 }
413
414 #define PAT_INDEX_SIZE  8
415 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
416
417 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
418 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
419 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
420 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
421 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
422                                            if supported */
423
424 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
425 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
426 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
427 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
428
429 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
430
431 /*
432  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
433  */
434 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
435 static struct pmap_preinit_mapping {
436         vm_paddr_t      pa;
437         vm_offset_t     va;
438         vm_size_t       sz;
439         int             mode;
440 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
441 static int pmap_initialized;
442
443 /*
444  * Data for the pv entry allocation mechanism.
445  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
446  */
447 #ifdef NUMA
448 static __inline int
449 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
450 {
451
452         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
453 }
454 #else
455 static __inline int
456 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
457 {
458
459         return (0);
460 }
461 #endif
462
463 struct pv_chunks_list {
464         struct mtx pvc_lock;
465         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
466         int active_reclaims;
467 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
468
469 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
470
471 #ifdef  NUMA
472 struct pmap_large_md_page {
473         struct rwlock   pv_lock;
474         struct md_page  pv_page;
475         u_long pv_invl_gen;
476 };
477 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
478 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
479 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
480 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
481 #else
482 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
483 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
484 static struct md_page *pv_table;
485 static struct md_page pv_dummy;
486 #endif
487
488 /*
489  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
490  */
491 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
492 caddr_t CADDR1 = 0;
493 static vm_offset_t qframe = 0;
494 static struct mtx qframe_mtx;
495
496 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
497
498 static vmem_t *large_vmem;
499 static u_int lm_ents;
500 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
501         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
502
503 int pmap_pcid_enabled = 1;
504 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
505     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
506 int invpcid_works = 0;
507 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
508     "Is the invpcid instruction available ?");
509
510 int __read_frequently pti = 0;
511 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
512     &pti, 0,
513     "Page Table Isolation enabled");
514 static vm_object_t pti_obj;
515 static pml4_entry_t *pti_pml4;
516 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
517 static bool pti_finalized;
518
519 struct pmap_pkru_range {
520         struct rs_el    pkru_rs_el;
521         u_int           pkru_keyidx;
522         int             pkru_flags;
523 };
524
525 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
526 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
527 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
528 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
529 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
530 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
531 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
532 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
533 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
534
535 static int
536 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
537 {
538         int i;
539         uint64_t res;
540
541         res = 0;
542         CPU_FOREACH(i) {
543                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
544         }
545         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
546 }
547 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
548     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
549     "Count of saved TLB context on switch");
550
551 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
552     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
553 static struct mtx invl_gen_mtx;
554 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
555 static struct lock_object invl_gen_ts = {
556         .lo_name = "invlts",
557 };
558 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
559         .gen = 1,
560         .next = NULL,
561 };
562 static u_long pmap_invl_gen = 1;
563 static int pmap_invl_waiters;
564 static struct callout pmap_invl_callout;
565 static bool pmap_invl_callout_inited;
566
567 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
568     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
569
570 static bool
571 pmap_di_locked(void)
572 {
573         int tun;
574
575         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
576                 return (true);
577         tun = 0;
578         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
579         return (tun != 0);
580 }
581
582 static int
583 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
584 {
585         int locked;
586
587         locked = pmap_di_locked();
588         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
589 }
590 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
591     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
592     "Locked delayed invalidation");
593
594 static bool pmap_not_in_di_l(void);
595 static bool pmap_not_in_di_u(void);
596 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
597 {
598
599         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
600 }
601
602 static bool
603 pmap_not_in_di_l(void)
604 {
605         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
606
607         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
608         return (invl_gen->gen == 0);
609 }
610
611 static void
612 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
613 {
614         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
615
616         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
617         invl_gen->gen = 0;
618 }
619
620 static void
621 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
622 {
623         struct turnstile *ts;
624
625         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
626         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
627                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
628         else
629                 turnstile_cancel(ts);
630 }
631
632 static void
633 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
634 {
635         struct turnstile *ts;
636
637         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
638         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
639         if (new_gen != 0)
640                 pmap_invl_gen = new_gen;
641         if (ts != NULL) {
642                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
643                 turnstile_unpend(ts);
644         }
645         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
646 }
647
648 /*
649  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
650  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
651  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
652  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
653  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
654  * pmap active.
655  */
656 static void
657 pmap_delayed_invl_start_l(void)
658 {
659         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
660         u_long currgen;
661
662         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
663         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
664         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
665         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
666                 currgen = pmap_invl_gen;
667         else
668                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
669         invl_gen->gen = currgen + 1;
670         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
671         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
672 }
673
674 /*
675  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
676  * required TLB flushes for the pages marked by
677  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
678  * called.
679  *
680  * This function works by bumping the global DI generation number to
681  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
682  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
683  * global DI generation number would incorrectly signal that the
684  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
685  * DI's generation number to match the generation number of the
686  * current thread's DI.
687  */
688 static void
689 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
695         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
696         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
697         if (next == NULL)
698                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
699         else
700                 next->gen = invl_gen->gen;
701         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
702         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
703         invl_gen->gen = 0;
704 }
705
706 static bool
707 pmap_not_in_di_u(void)
708 {
709         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
710
711         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
712         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
713 }
714
715 static void
716 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
717 {
718         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
719
720         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
721         invl_gen->gen = 0;
722         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
723 }
724
725 static bool
726 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
727 {
728         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
729         char res;
730
731         old_low = new_low = 0;
732         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
733
734         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
735             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
736             : "b"(new_low), "c" (new_high)
737             : "memory", "cc");
738         if (res == 0) {
739                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
740                         return (false);
741                 out->gen = old_low;
742                 out->next = (void *)old_high;
743         } else {
744                 out->gen = new_low;
745                 out->next = (void *)new_high;
746         }
747         return (true);
748 }
749
750 static bool
751 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
752     struct pmap_invl_gen *new_val)
753 {
754         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
755         char res;
756
757         new_low = new_val->gen;
758         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
759         old_low = old_val->gen;
760         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
761
762         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
763             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
764             : "b"(new_low), "c" (new_high)
765             : "memory", "cc");
766         return (res);
767 }
768
769 #ifdef PV_STATS
770 static long invl_start_restart;
771 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
772     &invl_start_restart, 0,
773     "");
774 static long invl_finish_restart;
775 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
776     &invl_finish_restart, 0,
777     "");
778 static int invl_max_qlen;
779 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
780     &invl_max_qlen, 0,
781     "");
782 #endif
783
784 #define di_delay        locks_delay
785
786 static void
787 pmap_delayed_invl_start_u(void)
788 {
789         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
790         struct thread *td;
791         struct lock_delay_arg lda;
792         uintptr_t prevl;
793         u_char pri;
794 #ifdef PV_STATS
795         int i, ii;
796 #endif
797
798         td = curthread;
799         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
800         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
801         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
802         invl_gen->saved_pri = 0;
803         pri = td->td_base_pri;
804         if (pri > PVM) {
805                 thread_lock(td);
806                 pri = td->td_base_pri;
807                 if (pri > PVM) {
808                         invl_gen->saved_pri = pri;
809                         sched_prio(td, PVM);
810                 }
811                 thread_unlock(td);
812         }
813 again:
814         PV_STAT(i = 0);
815         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
816                 PV_STAT(i++);
817                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
818                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
819                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
820                         lock_delay(&lda);
821                         goto again;
822                 }
823                 if (prevl == 0)
824                         break;
825                 prev.next = (void *)prevl;
826         }
827 #ifdef PV_STATS
828         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
829                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
830 #endif
831
832         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
833                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
834                 lock_delay(&lda);
835                 goto again;
836         }
837
838         new_prev.gen = prev.gen;
839         new_prev.next = invl_gen;
840         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
841
842         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
843         atomic_thread_fence_rel();
844
845         /*
846          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
847          * this thread blocks any other thread trying to enter the
848          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
849          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
850          */
851         critical_enter();
852
853         /*
854          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
855          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
856          * started a new one and got inserted into the list at the
857          * same place, its gen will appear greater than the previously
858          * read gen.
859          */
860         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
861                 critical_exit();
862                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
863                 lock_delay(&lda);
864                 goto again;
865         }
866
867         /*
868          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
869          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
870          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
871          * write and the update of next.
872          */
873         invl_gen->next = NULL;
874         critical_exit();
875 }
876
877 static bool
878 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
879     struct pmap_invl_gen *p)
880 {
881         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
882         u_long mygen;
883
884         /*
885          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
886          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
887          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
888          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
889          */
890         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
891
892         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
893                 return (false);
894
895         KASSERT(prev.gen < mygen,
896             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
897         new_prev.gen = mygen;
898         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
899             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
900
901         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
902         atomic_thread_fence_rel();
903
904         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
905 }
906
907 static void
908 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
909 {
910         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
911         struct thread *td;
912         struct lock_delay_arg lda;
913         uintptr_t prevl;
914
915         td = curthread;
916         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
917         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
918         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
919             ("missed invl_start: INVALID"));
920         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
921
922 again:
923         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
924                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
925                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
926                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
927                         lock_delay(&lda);
928                         goto again;
929                 }
930                 if ((void *)prevl == invl_gen)
931                         break;
932         }
933
934         /*
935          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
936          * thread before us finished its DI and started it again.
937          */
938         if (__predict_false(p == NULL)) {
939                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
940                 lock_delay(&lda);
941                 goto again;
942         }
943
944         critical_enter();
945         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
946             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
947         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
948                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
949                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
950                 critical_exit();
951                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
952                 lock_delay(&lda);
953                 goto again;
954         }
955         critical_exit();
956         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
957                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
958         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
959                 thread_lock(td);
960                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
961                 thread_unlock(td);
962         }
963 }
964
965 #ifdef DDB
966 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
967 {
968         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
969         struct thread *td;
970         uintptr_t nextl;
971         bool first;
972
973         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
974             first = false) {
975                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
976                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
977                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
978                     td_md.md_invl_gen);
979                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
980                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
981                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
982         }
983 }
984 #endif
985
986 #ifdef PV_STATS
987 static long invl_wait;
988 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
989     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
990 static long invl_wait_slow;
991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
992     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
993 #endif
994
995 #ifdef NUMA
996 static u_long *
997 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
998 {
999         vm_paddr_t pa;
1000         u_long *gen;
1001
1002         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1003         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1004                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1005         else
1006                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1007
1008         return (gen);
1009 }
1010 #else
1011 static u_long *
1012 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1013 {
1014
1015         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1016 }
1017 #endif
1018
1019 static void
1020 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1021 {
1022
1023         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1024                 return;
1025         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1026 }
1027
1028 static void
1029 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1030 {
1031
1032         if (pmap_di_locked())
1033                 return;
1034         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1035         pmap_invl_callout_inited = true;
1036 }
1037 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1038     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1039
1040 /*
1041  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1042  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1043  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1044  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1045  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1046  *
1047  * This function works by blocking until the global DI generation
1048  * number catches up with the generation number associated with the
1049  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1050  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1051  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1052  * processor.
1053  */
1054 static void
1055 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1056 {
1057         u_long *m_gen;
1058 #ifdef PV_STATS
1059         bool accounted = false;
1060 #endif
1061
1062         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1063         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1064 #ifdef PV_STATS
1065                 if (!accounted) {
1066                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1067                         accounted = true;
1068                 }
1069 #endif
1070                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1071         }
1072 }
1073
1074 static void
1075 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1076 {
1077         u_long *m_gen;
1078         struct lock_delay_arg lda;
1079         bool fast;
1080
1081         fast = true;
1082         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1083         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1084         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1085                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1086                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1087                         lock_delay(&lda);
1088                         fast = false;
1089                 } else {
1090                         /*
1091                          * The page's invalidation generation number
1092                          * is still below the current thread's number.
1093                          * Prepare to block so that we do not waste
1094                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1095                          *
1096                          * Since it is impossible to block without
1097                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1098                          * prepare for the race by incrementing
1099                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1100                          * callout which will unblock us if we lose
1101                          * the race.
1102                          */
1103                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1104
1105                         /*
1106                          * Re-check the current thread's invalidation
1107                          * generation after incrementing
1108                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1109                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1110                          * the page generation and checking
1111                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1112                          * is for a missed unblock, which is handled
1113                          * by the callout.
1114                          */
1115                         if (*m_gen >
1116                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1117                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1118                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1119                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1120                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1121                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1122                         }
1123                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1124                 }
1125         }
1126 }
1127
1128 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1129 {
1130
1131         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1132             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1133 }
1134
1135 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1136 {
1137
1138         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1139             pmap_delayed_invl_start_u);
1140 }
1141
1142 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1143 {
1144
1145         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1146             pmap_delayed_invl_finish_u);
1147 }
1148
1149 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1150 {
1151
1152         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1153             pmap_delayed_invl_wait_u);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1158  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1159  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1160  * block to complete before proceeding.
1161  *
1162  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1163  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1164  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1165  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1166  */
1167 static void
1168 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1169 {
1170         u_long gen, *m_gen;
1171
1172         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1173         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1174         if (gen == 0)
1175                 return;
1176         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1177         if (*m_gen < gen)
1178                 *m_gen = gen;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Crashdump maps.
1183  */
1184 static caddr_t crashdumpmap;
1185
1186 /*
1187  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1188  */
1189 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1190 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1191
1192 /*
1193  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1194  * pmap_change_props_locked().
1195  */
1196 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1197 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1198 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1199
1200 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1201
1202 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1203 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1204 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1205 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1206 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1207 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1208 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1209                     struct rwlock **lockp);
1210 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1211                     struct rwlock **lockp);
1212 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1213                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1214 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1215 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1216                     struct rwlock **lockp);
1217 #endif
1218 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1219 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1220                     vm_offset_t va);
1221
1222 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1223 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1224     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1225 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1226 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1227     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1228 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1229     vm_offset_t va);
1230 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1231                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1232 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1233                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1234 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1235     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1236 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1237 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1238 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1239     vm_offset_t eva);
1240 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1241     vm_offset_t eva);
1242 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1243                     pd_entry_t pde);
1244 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1245 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1246 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1247 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1248 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1249     struct rwlock **lockp);
1250 #endif
1251 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1252     vm_prot_t prot);
1253 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1254 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1255     bool exec);
1256 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1257 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1258 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1259 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1260     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1261 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1262     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1263 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1264 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1265     struct spglist *free);
1266 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1267                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1268                     struct rwlock **lockp);
1269 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1270     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1271 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1272     pd_entry_t newpde);
1273 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1274
1275 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1276                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1277 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1278                 struct rwlock **lockp);
1279 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1280                 struct rwlock **lockp);
1281
1282 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1283     struct spglist *free);
1284 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1285
1286 /********************/
1287 /* Inline functions */
1288 /********************/
1289
1290 /*
1291  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1292  * pages indexes at the corresponding level.
1293  */
1294 static __inline vm_pindex_t
1295 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1296 {
1297         return (va >> PDRSHIFT);
1298 }
1299
1300 static __inline vm_pindex_t
1301 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1302 {
1303         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1304 }
1305
1306 static __inline vm_pindex_t
1307 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1308 {
1309         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1310 }
1311
1312 static __inline vm_pindex_t
1313 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1314 {
1315         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1316 }
1317
1318 static __inline pml4_entry_t *
1319 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1320 {
1321
1322         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1323         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1324 }
1325
1326 static __inline pml4_entry_t *
1327 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1328 {
1329
1330         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1331         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1332 }
1333
1334 static __inline pml4_entry_t *
1335 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1336 {
1337         pml4_entry_t *pml4e;
1338
1339         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1340         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1341         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1342 }
1343
1344 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1345 static __inline pml4_entry_t *
1346 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1347 {
1348         pml5_entry_t *pml5e;
1349         pml4_entry_t *pml4e;
1350         pt_entry_t PG_V;
1351
1352         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1353                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1354                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1355                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1356                         return (NULL);
1357                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1358         } else {
1359                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1360         }
1361         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1362 }
1363
1364 static __inline pml4_entry_t *
1365 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1366 {
1367         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1368         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1369 }
1370
1371 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1372 static __inline pdp_entry_t *
1373 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1374 {
1375         pdp_entry_t *pdpe;
1376
1377         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1378         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1379 }
1380
1381 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1382 static __inline pdp_entry_t *
1383 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1384 {
1385         pml4_entry_t *pml4e;
1386         pt_entry_t PG_V;
1387
1388         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1389         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1390         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1391                 return (NULL);
1392         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1393 }
1394
1395 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1396 static __inline pd_entry_t *
1397 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1398 {
1399         pd_entry_t *pde;
1400
1401         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1402             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1403         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1404         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1405 }
1406
1407 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1408 static __inline pd_entry_t *
1409 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1410 {
1411         pdp_entry_t *pdpe;
1412         pt_entry_t PG_V;
1413
1414         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1415         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1416         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1417                 return (NULL);
1418         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1419 }
1420
1421 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1422 static __inline pt_entry_t *
1423 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1424 {
1425         pt_entry_t *pte;
1426
1427         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1428             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1429         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1430         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1431 }
1432
1433 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1434 static __inline pt_entry_t *
1435 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1436 {
1437         pd_entry_t *pde;
1438         pt_entry_t PG_V;
1439
1440         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1441         pde = pmap_pde(pmap, va);
1442         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1443                 return (NULL);
1444         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1445                 return ((pt_entry_t *)pde);
1446         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1447 }
1448
1449 static __inline void
1450 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1451 {
1452
1453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1454         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1455 }
1456
1457 static __inline void
1458 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1459 {
1460
1461         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1462         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1463             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1464             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1465         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1466 }
1467
1468 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1469 vtopte(vm_offset_t va)
1470 {
1471         u_int64_t mask;
1472
1473         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1474
1475         if (la57) {
1476                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1477                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1478                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1479         } else {
1480                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1481                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1482                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1483         }
1484 }
1485
1486 static __inline pd_entry_t *
1487 vtopde(vm_offset_t va)
1488 {
1489         u_int64_t mask;
1490
1491         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1492
1493         if (la57) {
1494                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1495                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1496                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1497         } else {
1498                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1499                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1500                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1501         }
1502 }
1503
1504 static u_int64_t
1505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1506 {
1507         u_int64_t ret;
1508
1509         ret = *firstaddr;
1510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1512         return (ret);
1513 }
1514
1515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1516
1517 /* number of kernel PDP slots */
1518 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1519
1520 static void
1521 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1522 {
1523         int pt_pages;
1524
1525 #ifdef NKPT
1526         pt_pages = NKPT;
1527 #else
1528         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1529         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1530
1531         /*
1532          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1533          * the kernel.
1534          *
1535          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1536          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1537          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1538          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1539          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1540          * physical memory.
1541          *
1542          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1543          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1544          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1545          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1546          * not uncommon.
1547          */
1548         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1549 #endif
1550         nkpt = pt_pages;
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1555  * part of the initial boot allocations.
1556  *
1557  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1558  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1559  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1560  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1561  *
1562  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1563  * way.
1564  */
1565 static inline pt_entry_t
1566 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1567 {
1568
1569         /*
1570          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1571          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1572          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1573          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1574          * fixed up by the linker.
1575          */
1576         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1577             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1578                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1579
1580         /*
1581          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1582          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1583          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1584          * read-write data needs to be read-write.
1585          */
1586         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1587                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1588
1589         /*
1590          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1591          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1592          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1593          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1594          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1595          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1596          * set CR0.WP.
1597          */
1598         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1599                 return (0);
1600         return (pg_nx);
1601 }
1602
1603 static void
1604 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1605 {
1606         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1607         pd_entry_t *pd_p;
1608         pdp_entry_t *pdp_p;
1609         pml4_entry_t *p4_p;
1610         uint64_t DMPDkernphys;
1611
1612         /* Allocate page table pages for the direct map */
1613         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1614         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1615                 ndmpdp = 4;
1616         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1617         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1618                 /*
1619                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1620                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1621                  */
1622                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1623                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1624                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1625                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1626         }
1627         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1628         ndm1g = 0;
1629         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1630                 /*
1631                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1632                  * Maxmem.
1633                  */
1634                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1635
1636                 /*
1637                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1638                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1639                  */
1640                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1641                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1642         }
1643         if (ndm1g < ndmpdp)
1644                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1645         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1646
1647         /* Allocate pages */
1648         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1649         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1650
1651         /*
1652          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1653          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1654          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1655          * build in too much slop in our estimate.
1656          *
1657          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1658          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1659          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1660          */
1661         nkpt_init(*firstaddr);
1662         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1663
1664         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1665         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1666
1667         /*
1668          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1669          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1670          * the PTmap.
1671          */
1672         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1673         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1674                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1675
1676         /*
1677          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1678          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1679          * created above.
1680          */
1681         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1682                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1683                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1684                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1685
1686         /*
1687          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1688          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1689          * virtual address space.
1690          */
1691         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1692                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1693
1694         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1695         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1696         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1697                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1698
1699         /*
1700          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1701          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1702          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1703          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1704          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1705          * that are partially used. 
1706          */
1707         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1708         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1709                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1710                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1711                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1712                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1713         }
1714         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1715         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1716                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1717                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1718                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1719                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1720         }
1721         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1722                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1723                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1724         }
1725
1726         /*
1727          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1728          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1729          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1730          */
1731         if (ndm1g) {
1732                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1733                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1734                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1735                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1736                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1737                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1738                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1739                             X86_PG_V | pg_nx;
1740         }
1741
1742         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1743         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1744         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1745         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1746
1747         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1748         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1749                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1750                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1751         }
1752
1753         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1754         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1755                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1756                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1757         }
1758
1759         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1760 }
1761
1762 /*
1763  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1764  *
1765  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1766  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1767  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1768  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1769  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1770  *      (physical) address starting relative to 0]
1771  */
1772 void
1773 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1774 {
1775         vm_offset_t va;
1776         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1777         struct region_descriptor r_gdt;
1778         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1779         u_long res;
1780         int i;
1781
1782         KERNend = *firstaddr;
1783         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1784
1785         if (!pti)
1786                 pg_g = X86_PG_G;
1787
1788         /*
1789          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1790          */
1791         create_pagetables(firstaddr);
1792
1793         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1794
1795         /*
1796          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1797          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1798          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1799          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1800          * addresses to superpage mappings.
1801          */
1802         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1803
1804         /*
1805          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1806          */
1807         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1808         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1809
1810         /*
1811          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1812          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1813          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1814          * correct now.
1815          */
1816         cr4 = rcr4();
1817         cr4 |= CR4_PGE;
1818         load_cr4(cr4);
1819         load_cr3(KPML4phys);
1820         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1821                 cr4 |= CR4_SMEP;
1822         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1823                 cr4 |= CR4_SMAP;
1824         load_cr4(cr4);
1825
1826         /*
1827          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1828          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1829          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1830          */
1831         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1832         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1833         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1834         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1835         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1836         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1837         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1838         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1839
1840         /*
1841          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1842          */
1843         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1844
1845         /*
1846          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1847          * mapping of pages.
1848          */
1849 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1850         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1851
1852         va = virtual_avail;
1853         pte = vtopte(va);
1854
1855         /*
1856          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1857          * memory test.
1858          */
1859         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1860         CADDR1 = crashdumpmap;
1861
1862         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1863         virtual_avail = va;
1864
1865         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1866                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1867                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1872          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1873          */
1874         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1875         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1876         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1877         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1878         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1879         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1880             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1881         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1882             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1883         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1884         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1885             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1886         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1887         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1888         lgdt(&r_gdt);
1889         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1890         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1891         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1892         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1893
1894         /*
1895          * Initialize the PAT MSR.
1896          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1897          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1898          * have been created in our pre-boot environment.
1899          */
1900         pmap_init_pat();
1901
1902         /* Initialize TLB Context Id. */
1903         if (pmap_pcid_enabled) {
1904                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1905                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1906                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1907                 }
1908
1909                 /*
1910                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1911                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1912                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1913                  * needs to be valid.
1914                  */
1915                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1916                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1917
1918                 /*
1919                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1920                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1921                  * during pcpu setup.
1922                  */
1923                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1924         }
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Setup the PAT MSR.
1929  */
1930 void
1931 pmap_init_pat(void)
1932 {
1933         uint64_t pat_msr;
1934         u_long cr0, cr4;
1935         int i;
1936
1937         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1938         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1939                 panic("no PAT??");
1940
1941         /* Set default PAT index table. */
1942         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1943                 pat_index[i] = -1;
1944         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1945         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1946         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1947         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1948         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1949         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1950
1951         /*
1952          * Initialize default PAT entries.
1953          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1954          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1955          *
1956          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1957          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1958          * to its overload with PG_PS.
1959          */
1960         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1961             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1962             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1963             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1964             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1965             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1966             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1967             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1968
1969         /* Disable PGE. */
1970         cr4 = rcr4();
1971         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1972
1973         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1974         cr0 = rcr0();
1975         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1976
1977         /* Flushes caches and TLBs. */
1978         wbinvd();
1979         invltlb();
1980
1981         /* Update PAT and index table. */
1982         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1983
1984         /* Flush caches and TLBs again. */
1985         wbinvd();
1986         invltlb();
1987
1988         /* Restore caches and PGE. */
1989         load_cr0(cr0);
1990         load_cr4(cr4);
1991 }
1992
1993 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
1994     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
1995
1996 static void
1997 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
1998 {
1999         char *v_code;
2000         pml5_entry_t *v_pml5;
2001         pml4_entry_t *v_pml4;
2002         pdp_entry_t *v_pdp;
2003         pd_entry_t *v_pd;
2004         pt_entry_t *v_pt;
2005         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2006         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2007         struct region_descriptor r_gdt;
2008
2009         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2010                 return;
2011         if (!TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57))
2012                 la57 = 1;
2013         if (!la57)
2014                 return;
2015
2016         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2017         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2018
2019         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2020             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2021             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2022         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2023                 pmap_zero_page(m_code);
2024         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2025         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2026             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2027             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2028         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2029                 pmap_zero_page(m_pml5);
2030         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2031         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2032         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2033             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2034             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2035         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2036                 pmap_zero_page(m_pml4);
2037         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2038         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2039             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2040             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2041         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2042                 pmap_zero_page(m_pdp);
2043         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2044         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2045             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2046             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2047         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2048                 pmap_zero_page(m_pd);
2049         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2050         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2051             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2052             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2053         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2054                 pmap_zero_page(m_pt);
2055         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2056
2057         /*
2058          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2059          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2060          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2061          */
2062         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2063             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2064             X86_PG_M;
2065         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2066             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2067             X86_PG_M;
2068         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2069             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2070             X86_PG_M;
2071         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2072             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2073             X86_PG_M;
2074
2075         /*
2076          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2077          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2078          */
2079         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2080             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2081
2082         /*
2083          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2084          */
2085         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2086             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2087             X86_PG_M;
2088         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2089             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2090             X86_PG_M;
2091
2092         /*
2093          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2094          */
2095         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2096         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2097             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2098         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2099         la57_tramp(KPML5phys);
2100
2101         /*
2102          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2103          */
2104         lgdt(&r_gdt);
2105         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2106         load_ds(_udatasel);
2107         load_es(_udatasel);
2108         load_fs(_ufssel);
2109         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2110             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2111         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2112
2113         /*
2114          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2115          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2116          */
2117         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2118         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2119         vm_page_free(m_code);
2120         vm_page_free(m_pdp);
2121         vm_page_free(m_pd);
2122         vm_page_free(m_pt);
2123
2124         /* 
2125          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2126          * PDmap.
2127          */
2128         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2129
2130         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2131         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2132 }
2133 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2134
2135 /*
2136  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2137  */
2138 void
2139 pmap_page_init(vm_page_t m)
2140 {
2141
2142         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2143         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2144 }
2145
2146 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2147 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2148     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2149     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2150
2151 void
2152 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2153 {
2154         /*
2155          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2156          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2157          */
2158         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2159             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2160             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2161             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2162             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2163             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2164             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2165             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2166             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2167             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2168             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2169             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2170             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2171             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2172             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2173             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2174             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2175             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2176             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2177             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2178             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2179                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2180         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2181 }
2182
2183 static bool
2184 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2185 {
2186
2187         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2188             !pmap_allow_2m_x_ept);
2189 }
2190
2191 #ifdef NUMA
2192 static void
2193 pmap_init_pv_table(void)
2194 {
2195         struct pmap_large_md_page *pvd;
2196         vm_size_t s;
2197         long start, end, highest, pv_npg;
2198         int domain, i, j, pages;
2199
2200         /*
2201          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2202          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2203          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2204          */
2205         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2206
2207         /*
2208          * Calculate the size of the array.
2209          */
2210         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2211         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2212         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2213         s = round_page(s);
2214         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2215         if (pv_table == NULL)
2216                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2217
2218         /*
2219          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2220          */
2221         highest = -1;
2222         s = 0;
2223         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2224                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2225                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2226
2227                 if (highest >= end)
2228                         continue;
2229
2230                 start = highest + 1;
2231                 pvd = &pv_table[start];
2232
2233                 pages = end - start + 1;
2234                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2235                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2236
2237                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2238                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2239                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2240                         if (m == NULL)
2241                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2242                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2243                 }
2244
2245                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2246                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2247                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2248                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2249                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2250                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2251                         pvd++;
2252                 }
2253         }
2254         pvd = &pv_dummy_large;
2255         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2256         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2257         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2258         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2259         pvd->pv_invl_gen = 0;
2260 }
2261 #else
2262 static void
2263 pmap_init_pv_table(void)
2264 {
2265         vm_size_t s;
2266         long i, pv_npg;
2267
2268         /*
2269          * Initialize the pool of pv list locks.
2270          */
2271         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2272                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2273
2274         /*
2275          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2276          */
2277         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2278
2279         /*
2280          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2281          */
2282         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2283         s = round_page(s);
2284         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2285         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2286                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2287         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  *      Initialize the pmap module.
2293  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2294  *      system needs to map virtual memory.
2295  */
2296 void
2297 pmap_init(void)
2298 {
2299         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2300         vm_page_t m, mpte;
2301         int error, i, ret, skz63;
2302
2303         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2304         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2305
2306         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2307         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2308             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2309                 /*
2310                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2311                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2312                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2313                  *
2314                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2315                  * seems to be impossible to distinguish between
2316                  * Skylake Server and Skylake X.
2317                  */
2318                 skz63 = 1;
2319                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2320                 if (skz63 != 0) {
2321                         if (bootverbose)
2322                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2323                                     "at physical 1G\n");
2324                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2325                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2326                                     ptoa(i), FALSE);
2327                                 if (!ret && bootverbose)
2328                                         printf("page at %#lx already used\n",
2329                                             0x40000000 + ptoa(i));
2330                         }
2331                 }
2332         }
2333
2334         /* IFU */
2335         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2336
2337         /*
2338          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2339          * page table pages.
2340          */ 
2341         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2342         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2343                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2344                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2345                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2346                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2347                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2348                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2349                 mpte->ref_count = 1;
2350
2351                 /*
2352                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2353                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2354                  */
2355                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2356                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2357                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2358         }
2359         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2360         vm_wire_add(nkpt);
2361
2362         /*
2363          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2364          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2365          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2366          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2367          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2368          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2369          * or newer AMD processors.
2370          */
2371         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2372             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2373             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2374             AMDID2_FMA4)) == 0)
2375                 workaround_erratum383 = 1;
2376
2377         /*
2378          * Are large page mappings enabled?
2379          */
2380         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2381         if (pg_ps_enabled) {
2382                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2383                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2384                 pagesizes[1] = NBPDR;
2385         }
2386
2387         /*
2388          * Initialize pv chunk lists.
2389          */
2390         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2391                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2392                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2393         }
2394         pmap_init_pv_table();
2395
2396         pmap_initialized = 1;
2397         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2398                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2399                 if (ppim->va == 0)
2400                         continue;
2401                 /* Make the direct map consistent */
2402                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2403                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2404                             ppim->sz, ppim->mode);
2405                 }
2406                 if (!bootverbose)
2407                         continue;
2408                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2409                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2410         }
2411
2412         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2413         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2414             (vmem_addr_t *)&qframe);
2415         if (error != 0)
2416                 panic("qframe allocation failed");
2417
2418         lm_ents = 8;
2419         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2420         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2421                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2422         if (bootverbose)
2423                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2424                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2425         if (lm_ents != 0) {
2426                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2427                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2428                 if (large_vmem == NULL) {
2429                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2430                         lm_ents = 0;
2431                 }
2432                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2433                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2434                         /* XXXKIB la57 */
2435                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2436                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2437                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2438                 }
2439         }
2440 }
2441
2442 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2443     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2444     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2445     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2446
2447 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2448     "2MB page mapping counters");
2449
2450 static u_long pmap_pde_demotions;
2451 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2452     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2453
2454 static u_long pmap_pde_mappings;
2455 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2456     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2457
2458 static u_long pmap_pde_p_failures;
2459 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2460     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2461
2462 static u_long pmap_pde_promotions;
2463 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2464     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2465
2466 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2467     "1GB page mapping counters");
2468
2469 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2470 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2471     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2472
2473 /***************************************************
2474  * Low level helper routines.....
2475  ***************************************************/
2476
2477 static pt_entry_t
2478 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2479 {
2480         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2481
2482         switch (pmap->pm_type) {
2483         case PT_X86:
2484         case PT_RVI:
2485                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2486                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2487                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2488
2489                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2490                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2491                         entry ^= x86_pat_bits;
2492                 break;
2493         case PT_EPT:
2494                 /*
2495                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2496                  * the same way for regular pages and superpages.
2497                  */
2498                 break;
2499         default:
2500                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2501         }
2502
2503         return (entry);
2504 }
2505
2506 boolean_t
2507 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2508 {
2509
2510         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2511             pat_index[(int)mode] >= 0);
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2516  * caching mode.
2517  */
2518 int
2519 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2520 {
2521         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2522
2523         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2524                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2525
2526         switch (pmap->pm_type) {
2527         case PT_X86:
2528         case PT_RVI:
2529                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2530                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2531
2532                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2533                 pat_idx = pat_index[mode];
2534
2535                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2536                 cache_bits = 0;
2537                 if (pat_idx & 0x4)
2538                         cache_bits |= pat_flag;
2539                 if (pat_idx & 0x2)
2540                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2541                 if (pat_idx & 0x1)
2542                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2543                 break;
2544
2545         case PT_EPT:
2546                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2547                 break;
2548
2549         default:
2550                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2551         }
2552
2553         return (cache_bits);
2554 }
2555
2556 static int
2557 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2558 {
2559         int mask;
2560
2561         switch (pmap->pm_type) {
2562         case PT_X86:
2563         case PT_RVI:
2564                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2565                 break;
2566         case PT_EPT:
2567                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2568                 break;
2569         default:
2570                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2571         }
2572
2573         return (mask);
2574 }
2575
2576 static int
2577 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2578 {
2579         int pat_flag, pat_idx;
2580
2581         pat_idx = 0;
2582         switch (pmap->pm_type) {
2583         case PT_X86:
2584         case PT_RVI:
2585                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2586                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2587
2588                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2589                         pat_idx |= 0x4;
2590                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2591                         pat_idx |= 0x2;
2592                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2593                         pat_idx |= 0x1;
2594                 break;
2595         case PT_EPT:
2596                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2597                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2598                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2599                 break;
2600         }
2601
2602         /* See pmap_init_pat(). */
2603         if (pat_idx == 4)
2604                 pat_idx = 0;
2605         if (pat_idx == 7)
2606                 pat_idx = 3;
2607
2608         return (pat_idx);
2609 }
2610
2611 bool
2612 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2613 {
2614
2615         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2616 }
2617
2618 static void
2619 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2620 {
2621
2622         switch (pmap->pm_type) {
2623         case PT_X86:
2624                 break;
2625         case PT_RVI:
2626         case PT_EPT:
2627                 /*
2628                  * XXX
2629                  * This is a little bogus since the generation number is
2630                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2631                  * space is invalidated in the page tables.
2632                  *
2633                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2634                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2635                  * invalidated in the TLB.
2636                  *
2637                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2638                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2639                  * side-effect.
2640                  */
2641                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2642                 break;
2643         default:
2644                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2645         }
2646         pde_store(pde, newpde);
2647 }
2648
2649 /*
2650  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2651  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2652  * calling processor's TLB is affected.
2653  *
2654  * The calling thread must be pinned to a processor.
2655  */
2656 static void
2657 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2658 {
2659         pt_entry_t PG_G;
2660
2661         if (pmap_type_guest(pmap))
2662                 return;
2663
2664         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2665             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2666
2667         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2668
2669         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2670                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2671                 invlpg(va);
2672         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2673                 /*
2674                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2675                  * because there are too many to flush individually.
2676                  */
2677                 invltlb();
2678         else {
2679                 /*
2680                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2681                  * including any global (PG_G) mappings.
2682                  */
2683                 invltlb_glob();
2684         }
2685 }
2686 #ifdef SMP
2687
2688 /*
2689  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2690  *
2691  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2692  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2693  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2694  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2695  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2696  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2697  * one of the following functions but before a store updating the page
2698  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2699  * processor before its pm_active field is checked but due to
2700  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2701  * pmap as inactive on the other processor.
2702  * 
2703  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2704  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2705  * processor.
2706  */
2707
2708 /*
2709  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2710  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2711  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2712  */
2713 static __inline void
2714 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2715 {
2716         int ipinum;
2717
2718         sched_pin();
2719         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2720             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2721
2722         /*
2723          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2724          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2725          *
2726          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2727          * are flushed from the TLB on each context switch.
2728          *
2729          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2730          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2731          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2732          *
2733          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2734          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2735          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2736          */
2737         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2738
2739         /*
2740          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2741          */
2742         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2743         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2744         sched_unpin();
2745 }
2746
2747 static cpuset_t
2748 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2749 {
2750
2751         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2752 }
2753
2754 static inline void
2755 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2756     const bool invpcid_works1)
2757 {
2758         struct invpcid_descr d;
2759         uint64_t kcr3, ucr3;
2760         uint32_t pcid;
2761         u_int cpuid, i;
2762
2763         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2764         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2765                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2766                     /*
2767                      * If we context-switched right after
2768                      * PCPU_GET(ucr3_load_mask), we could read the
2769                      * ~CR3_PCID_SAVE mask, which causes us to skip
2770                      * the code below to invalidate user pages.  This
2771                      * is handled in pmap_activate_sw_pcid_pti() by
2772                      * clearing pm_gen if ucr3_load_mask is ~CR3_PCID_SAVE.
2773                      */
2774                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2775                         /*
2776                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2777                          * context switch, we must disable switching.
2778                          * Otherwise, we might use a stale value
2779                          * below.
2780                          */
2781                         critical_enter();
2782                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2783                         if (invpcid_works1) {
2784                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2785                                 d.pad = 0;
2786                                 d.addr = va;
2787                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2788                         } else {
2789                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2790                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2791                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2792                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2793                         }
2794                         critical_exit();
2795                 }
2796         } else
2797                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2798
2799         CPU_FOREACH(i) {
2800                 if (cpuid != i)
2801                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2802         }
2803
2804         /*
2805          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2806          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2807          * for us to miss the bit update in pm_active and
2808          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2809          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2810          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2811          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2812          * the reciprocal fence.
2813          */
2814         atomic_thread_fence_seq_cst();
2815 }
2816
2817 static void
2818 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2819 {
2820
2821         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2822 }
2823
2824 static void
2825 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2826 {
2827
2828         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2829 }
2830
2831 static void
2832 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2833 {
2834 }
2835
2836 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2837 {
2838
2839         if (pmap_pcid_enabled)
2840                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2841                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2842         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2843 }
2844
2845 static void
2846 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2847     vm_offset_t addr2 __unused)
2848 {
2849
2850         if (pmap == kernel_pmap) {
2851                 invlpg(va);
2852         } else {
2853                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2854                         invlpg(va);
2855                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2856         }
2857 }
2858
2859 void
2860 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2861 {
2862
2863         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2864                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2865                 return;
2866         }
2867
2868         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2869             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2870
2871         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2872             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2873 }
2874
2875 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2876 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2877
2878 static void
2879 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2880     const bool invpcid_works1)
2881 {
2882         struct invpcid_descr d;
2883         uint64_t kcr3, ucr3;
2884         uint32_t pcid;
2885         u_int cpuid, i;
2886
2887         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2888         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2889                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2890                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2891                         critical_enter();
2892                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2893                         if (invpcid_works1) {
2894                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2895                                 d.pad = 0;
2896                                 d.addr = sva;
2897                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2898                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2899                         } else {
2900                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2901                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2902                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2903                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2904                         }
2905                         critical_exit();
2906                 }
2907         } else
2908                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2909
2910         CPU_FOREACH(i) {
2911                 if (cpuid != i)
2912                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2913         }
2914         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2915         atomic_thread_fence_seq_cst();
2916 }
2917
2918 static void
2919 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2920     vm_offset_t eva)
2921 {
2922
2923         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2924 }
2925
2926 static void
2927 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2928     vm_offset_t eva)
2929 {
2930
2931         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2932 }
2933
2934 static void
2935 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2936 {
2937 }
2938
2939 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2940     vm_offset_t))
2941 {
2942
2943         if (pmap_pcid_enabled)
2944                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2945                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2946         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2947 }
2948
2949 static void
2950 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2951 {
2952         vm_offset_t addr;
2953
2954         if (pmap == kernel_pmap) {
2955                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2956                         invlpg(addr);
2957         } else {
2958                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2959                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2960                                 invlpg(addr);
2961                 }
2962                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2963         }
2964 }
2965
2966 void
2967 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2968 {
2969
2970         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2971                 pmap_invalidate_all(pmap);
2972                 return;
2973         }
2974
2975         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2976                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2977                 return;
2978         }
2979
2980         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2981             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2982
2983         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2984             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2985 }
2986
2987 static inline void
2988 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2989 {
2990         struct invpcid_descr d;
2991         uint64_t kcr3;
2992         uint32_t pcid;
2993         u_int cpuid, i;
2994
2995         if (pmap == kernel_pmap) {
2996                 if (invpcid_works1) {
2997                         bzero(&d, sizeof(d));
2998                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2999                 } else {
3000                         invltlb_glob();
3001                 }
3002         } else {
3003                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3004                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3005                         critical_enter();
3006                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3007                         if (invpcid_works1) {
3008                                 d.pcid = pcid;
3009                                 d.pad = 0;
3010                                 d.addr = 0;
3011                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3012                         } else {
3013                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3014                                 load_cr3(kcr3);
3015                         }
3016                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3017                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3018                         critical_exit();
3019                 } else
3020                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
3021                 CPU_FOREACH(i) {
3022                         if (cpuid != i)
3023                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3024                 }
3025         }
3026         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
3027         atomic_thread_fence_seq_cst();
3028 }
3029
3030 static void
3031 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
3032 {
3033
3034         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
3035 }
3036
3037 static void
3038 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
3039 {
3040
3041         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
3042 }
3043
3044 static void
3045 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
3046 {
3047
3048         if (pmap == kernel_pmap)
3049                 invltlb_glob();
3050         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3051                 invltlb();
3052 }
3053
3054 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
3055 {
3056
3057         if (pmap_pcid_enabled)
3058                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
3059                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
3060         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
3061 }
3062
3063 static void
3064 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3065     vm_offset_t addr2 __unused)
3066 {
3067
3068         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
3069 }
3070
3071 void
3072 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3073 {
3074
3075         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3076                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3077                 return;
3078         }
3079
3080         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3081             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3082
3083         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3084             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3085 }
3086
3087 static void
3088 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3089     vm_offset_t addr2 __unused)
3090 {
3091
3092         wbinvd();
3093 }
3094
3095 void
3096 pmap_invalidate_cache(void)
3097 {
3098
3099         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3100 }
3101
3102 struct pde_action {
3103         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3104         pmap_t pmap;
3105         vm_offset_t va;
3106         pd_entry_t *pde;
3107         pd_entry_t newpde;
3108         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3109 };
3110
3111 static void
3112 pmap_update_pde_action(void *arg)
3113 {
3114         struct pde_action *act = arg;
3115
3116         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3117                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3118 }
3119
3120 static void
3121 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3122 {
3123         struct pde_action *act = arg;
3124
3125         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3126                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3131  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3132  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3133  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3134  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3135  * hardware error.
3136  */
3137 static void
3138 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3139 {
3140         struct pde_action act;
3141         cpuset_t active, other_cpus;
3142         u_int cpuid;
3143
3144         sched_pin();
3145         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3146         other_cpus = all_cpus;
3147         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3148         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3149                 active = all_cpus;
3150         else {
3151                 active = pmap->pm_active;
3152         }
3153         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3154                 act.store = cpuid;
3155                 act.invalidate = active;
3156                 act.va = va;
3157                 act.pmap = pmap;
3158                 act.pde = pde;
3159                 act.newpde = newpde;
3160                 CPU_SET(cpuid, &active);
3161                 smp_rendezvous_cpus(active,
3162                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3163                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3164         } else {
3165                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3166                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3167                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3168         }
3169         sched_unpin();
3170 }
3171 #else /* !SMP */
3172 /*
3173  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3174  */
3175 void
3176 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3177 {
3178         struct invpcid_descr d;
3179         uint64_t kcr3, ucr3;
3180         uint32_t pcid;
3181
3182         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3183                 pmap->pm_eptgen++;
3184                 return;
3185         }
3186         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3187             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3188
3189         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3190                 invlpg(va);
3191                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3192                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3193                         critical_enter();
3194                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3195                         if (invpcid_works) {
3196                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3197                                 d.pad = 0;
3198                                 d.addr = va;
3199                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3200                         } else {
3201                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3202                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3203                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3204                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3205                         }
3206                         critical_exit();
3207                 }
3208         } else if (pmap_pcid_enabled)
3209                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3210 }
3211
3212 void
3213 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3214 {
3215         struct invpcid_descr d;
3216         vm_offset_t addr;
3217         uint64_t kcr3, ucr3;
3218
3219         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3220                 pmap->pm_eptgen++;
3221                 return;
3222         }
3223         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3224             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3225
3226         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3227                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3228                         invlpg(addr);
3229                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3230                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3231                         critical_enter();
3232                         if (invpcid_works) {
3233                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3234                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3235                                 d.pad = 0;
3236                                 d.addr = sva;
3237                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3238                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3239                         } else {
3240                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3241                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3242                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3243                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3244                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3245                         }
3246                         critical_exit();
3247                 }
3248         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3249                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3250         }
3251 }
3252
3253 void
3254 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3255 {
3256         struct invpcid_descr d;
3257         uint64_t kcr3, ucr3;
3258
3259         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3260                 pmap->pm_eptgen++;
3261                 return;
3262         }
3263         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3264             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3265
3266         if (pmap == kernel_pmap) {
3267                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3268                         bzero(&d, sizeof(d));
3269                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3270                 } else {
3271                         invltlb_glob();
3272                 }
3273         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3274                 if (pmap_pcid_enabled) {
3275                         critical_enter();
3276                         if (invpcid_works) {
3277                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3278                                 d.pad = 0;
3279                                 d.addr = 0;
3280                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3281                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3282                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3283                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3284                                 }
3285                         } else {
3286                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3287                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3288                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3289                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3290                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3291                                 } else
3292                                         load_cr3(kcr3);
3293                         }
3294                         critical_exit();
3295                 } else {
3296                         invltlb();
3297                 }
3298         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3299                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3300         }
3301 }
3302
3303 PMAP_INLINE void
3304 pmap_invalidate_cache(void)
3305 {
3306
3307         wbinvd();
3308 }
3309
3310 static void
3311 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3312 {
3313
3314         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3315         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3316                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3317         else
3318                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3319 }
3320 #endif /* !SMP */
3321
3322 static void
3323 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3324 {
3325
3326         /*
3327          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3328          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3329          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3330          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3331          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3332          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3333          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3334          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3335          * TLB.
3336          */
3337         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3338                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3339         else
3340                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3341 }
3342
3343 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3344     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3345 {
3346
3347         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3348                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3349         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3350                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3351         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3352 }
3353
3354 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3355
3356 static void
3357 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3358 {
3359
3360         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3361             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3362         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3363             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3364 }
3365
3366 static void
3367 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3368 {
3369
3370         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3371 }
3372
3373 void
3374 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3375 {
3376
3377         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3378
3379         /*
3380          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3381          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3382          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3383          * for that range anyway.
3384          */
3385         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3386                 return;
3387
3388         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3389                 /*
3390                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3391                  * instruction to insure that previous stores are
3392                  * included in the write-back.  The processor
3393                  * propagates flush to other processors in the cache
3394                  * coherence domain.
3395                  */
3396                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3397                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3398                         clflushopt(sva);
3399                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3400         } else {
3401                 /*
3402                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3403                  */
3404                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3405                         mfence();
3406                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3407                         clflush(sva);
3408                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3409                         mfence();
3410         }
3411 }
3412
3413 static void
3414 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3415 {
3416
3417         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3418         pmap_invalidate_cache();
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3423  *
3424  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3425  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3426  * when moving pages into a different cache domain.
3427  */
3428 void
3429 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3430 {
3431         vm_offset_t daddr, eva;
3432         int i;
3433         bool useclflushopt;
3434
3435         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3436         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3437             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3438                 pmap_invalidate_cache();
3439         else {
3440                 if (useclflushopt)
3441                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3442                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3443                         mfence();
3444                 for (i = 0; i < count; i++) {
3445                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3446                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3447                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3448                                 if (useclflushopt)
3449                                         clflushopt(daddr);
3450                                 else
3451                                         clflush(daddr);
3452                         }
3453                 }
3454                 if (useclflushopt)
3455                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3456                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3457                         mfence();
3458         }
3459 }
3460
3461 void
3462 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3463 {
3464
3465         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3466
3467         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3468                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3469                 return;
3470         }
3471
3472         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3473         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3474                 return;
3475
3476         atomic_thread_fence_seq_cst();
3477         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3478                 clwb(sva);
3479         atomic_thread_fence_seq_cst();
3480 }
3481
3482 void
3483 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3484 {
3485         pt_entry_t *pte;
3486         vm_offset_t vaddr;
3487         int error, pte_bits;
3488
3489         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3490             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3491         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3492             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3493
3494         if (spa < dmaplimit) {
3495                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3496                     dmaplimit, epa)));
3497                 if (dmaplimit >= epa)
3498                         return;
3499                 spa = dmaplimit;
3500         }
3501
3502         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3503             X86_PG_V;
3504         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3505             &vaddr);
3506         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3507         pte = vtopte(vaddr);
3508         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3509                 sched_pin();
3510                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3511                 invlpg(vaddr);
3512                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3513                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3514                 sched_unpin();
3515         }
3516         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3517 }
3518
3519 /*
3520  *      Routine:        pmap_extract
3521  *      Function:
3522  *              Extract the physical page address associated
3523  *              with the given map/virtual_address pair.
3524  */
3525 vm_paddr_t 
3526 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3527 {
3528         pdp_entry_t *pdpe;
3529         pd_entry_t *pde;
3530         pt_entry_t *pte, PG_V;
3531         vm_paddr_t pa;
3532
3533         pa = 0;
3534         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3535         PMAP_LOCK(pmap);
3536         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3537         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3538                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3539                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3540                 else {
3541                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3542                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3543                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3544                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3545                                             (va & PDRMASK);
3546                                 } else {
3547                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3548                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3549                                             (va & PAGE_MASK);
3550                                 }
3551                         }
3552                 }
3553         }
3554         PMAP_UNLOCK(pmap);
3555         return (pa);
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3560  *      Function:
3561  *              Atomically extract and hold the physical page
3562  *              with the given pmap and virtual address pair
3563  *              if that mapping permits the given protection.
3564  */
3565 vm_page_t
3566 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3567 {
3568         pd_entry_t pde, *pdep;
3569         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3570         vm_page_t m;
3571
3572         m = NULL;
3573         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3574         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3575
3576         PMAP_LOCK(pmap);
3577         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3578         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3579                 if (pde & PG_PS) {
3580                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3581                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3582                                     (va & PDRMASK));
3583                 } else {
3584                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3585                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3586                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3587                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3588                 }
3589                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3590                         m = NULL;
3591         }
3592         PMAP_UNLOCK(pmap);
3593         return (m);
3594 }
3595
3596 vm_paddr_t
3597 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3598 {
3599         pd_entry_t pde;
3600         vm_paddr_t pa;
3601
3602         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3603                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3604         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3605                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3606         } else {
3607                 pde = *vtopde(va);
3608                 if (pde & PG_PS) {
3609                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3610                 } else {
3611                         /*
3612                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3613                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3614                          * be used to access the PTE because it would use the
3615                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3616                          * because the page table page is preserved by the
3617                          * promotion.
3618                          */
3619                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3620                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3621                 }
3622         }
3623         return (pa);
3624 }
3625
3626 /***************************************************
3627  * Low level mapping routines.....
3628  ***************************************************/
3629
3630 /*
3631  * Add a wired page to the kva.
3632  * Note: not SMP coherent.
3633  */
3634 PMAP_INLINE void 
3635 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3636 {
3637         pt_entry_t *pte;
3638
3639         pte = vtopte(va);
3640         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3641 }
3642
3643 static __inline void
3644 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3645 {
3646         pt_entry_t *pte;
3647         int cache_bits;
3648
3649         pte = vtopte(va);
3650         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3651         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3652 }
3653
3654 /*
3655  * Remove a page from the kernel pagetables.
3656  * Note: not SMP coherent.
3657  */
3658 PMAP_INLINE void
3659 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3660 {
3661         pt_entry_t *pte;
3662
3663         pte = vtopte(va);
3664         pte_clear(pte);
3665 }
3666
3667 /*
3668  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3669  *      virtual address space.
3670  *
3671  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3672  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3673  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3674  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3675  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3676  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3677  *      region.
3678  */
3679 vm_offset_t
3680 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3681 {
3682         return PHYS_TO_DMAP(start);
3683 }
3684
3685 /*
3686  * Add a list of wired pages to the kva
3687  * this routine is only used for temporary
3688  * kernel mappings that do not need to have
3689  * page modification or references recorded.
3690  * Note that old mappings are simply written
3691  * over.  The page *must* be wired.
3692  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3693  */
3694 void
3695 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3696 {
3697         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3698         vm_page_t m;
3699         int cache_bits;
3700
3701         oldpte = 0;
3702         pte = vtopte(sva);
3703         endpte = pte + count;
3704         while (pte < endpte) {
3705                 m = *ma++;
3706                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3707                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3708                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3709                         oldpte |= *pte;
3710                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3711                 }
3712                 pte++;
3713         }
3714         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3715                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3716                     PAGE_SIZE);
3717 }
3718
3719 /*
3720  * This routine tears out page mappings from the
3721  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3722  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3723  */
3724 void
3725 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3726 {
3727         vm_offset_t va;
3728
3729         va = sva;
3730         while (count-- > 0) {
3731                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3732                 pmap_kremove(va);
3733                 va += PAGE_SIZE;
3734         }
3735         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3736 }
3737
3738 /***************************************************
3739  * Page table page management routines.....
3740  ***************************************************/
3741 /*
3742  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3743  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3744  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3745  */
3746 static __inline void
3747 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3748     boolean_t set_PG_ZERO)
3749 {
3750
3751         if (set_PG_ZERO)
3752                 m->flags |= PG_ZERO;
3753         else
3754                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3755         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3756 }
3757
3758 /*
3759  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3760  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3761  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3762  * ordered by this virtual address range.
3763  *
3764  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3765  */
3766 static __inline int
3767 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3768 {
3769
3770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3771         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3772         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3773 }
3774
3775 /*
3776  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3777  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3778  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3779  * specified virtual address.
3780  */
3781 static __inline vm_page_t
3782 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3783 {
3784
3785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3786         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3787 }
3788
3789 /*
3790  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3791  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3792  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3793  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3794  */
3795 static inline boolean_t
3796 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3797 {
3798
3799         --m->ref_count;
3800         if (m->ref_count == 0) {
3801                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3802                 return (TRUE);
3803         } else
3804                 return (FALSE);
3805 }
3806
3807 static void
3808 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3809 {
3810         pml5_entry_t *pml5;
3811         pml4_entry_t *pml4;
3812         pdp_entry_t *pdp;
3813         pd_entry_t *pd;
3814         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
3815
3816         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3817
3818         /*
3819          * unmap the page table page
3820          */
3821         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
3822                 /* PML4 page */
3823                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
3824                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
3825                 *pml5 = 0;
3826                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3827                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
3828                         *pml5 = 0;
3829                 }
3830         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3831                 /* PDP page */
3832                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3833                 *pml4 = 0;
3834                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
3835                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3836                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
3837                         *pml4 = 0;
3838                 }
3839         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3840                 /* PD page */
3841                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3842                 *pdp = 0;
3843         } else {
3844                 /* PTE page */
3845                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3846                 *pd = 0;
3847         }
3848         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3849         if (m->pindex < NUPDE) {
3850                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3851                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3852                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3853         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3854                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3855                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3856                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3857         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
3858                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
3859                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
3860                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
3861         }
3862
3863         /* 
3864          * Put page on a list so that it is released after
3865          * *ALL* TLB shootdown is done
3866          */
3867         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3868 }
3869
3870 /*
3871  * After removing a page table entry, this routine is used to
3872  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3873  */
3874 static int
3875 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3876     struct spglist *free)
3877 {
3878         vm_page_t mpte;
3879
3880         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3881                 return (0);
3882         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3883         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3884         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3885 }
3886
3887 /*
3888  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3889  * mapping.
3890  */
3891 static void
3892 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3893 {
3894         struct spglist free;
3895
3896         SLIST_INIT(&free);
3897         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3898                 /*
3899                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3900                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3901                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3902                  */
3903                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3904                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3905         }
3906 }
3907
3908 void
3909 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3910 {
3911         struct proc *p;
3912         struct thread *td;
3913         int i;
3914
3915         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3916         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
3917         pmap->pm_pmltopu = NULL;
3918         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
3919         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3920         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3921         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3922         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3923         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3924         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3925         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3926         CPU_FOREACH(i) {
3927                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3928                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3929         }
3930         pmap_activate_boot(pmap);
3931         td = curthread;
3932         if (pti) {
3933                 p = td->td_proc;
3934                 PROC_LOCK(p);
3935                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3936                 PROC_UNLOCK(p);
3937         }
3938         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3939
3940         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3941                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3942                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3943                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3944         }
3945 }
3946
3947 void
3948 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3949 {
3950         pml4_entry_t *pm_pml4;
3951         int i;
3952
3953         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3954
3955         /* Wire in kernel global address entries. */
3956         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3957                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3958                     X86_PG_V;
3959         }
3960         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3961                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3962                     X86_PG_V;
3963         }
3964
3965         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3966         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3967             X86_PG_A | X86_PG_M;
3968
3969         /* install large map entries if configured */
3970         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3971                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
3972 }
3973
3974 void
3975 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
3976 {
3977         pml5_entry_t *pm_pml5;
3978
3979         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
3980
3981         /*
3982          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
3983          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
3984          */
3985         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
3986             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
3987             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3988
3989         /* 
3990          * Install self-referential address mapping entry.
3991          */
3992         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
3993             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
3994             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3995 }
3996
3997 static void
3998 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
3999 {
4000         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4001         int i;
4002
4003         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4004         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4005                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4006 }
4007
4008 static void
4009 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4010 {
4011         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4012
4013         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4014
4015         /*
4016          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4017          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4018          * into level 5 table.
4019          */
4020         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4021             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4022             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4023             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4024 }
4025
4026 /*
4027  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4028  * such as one in a vmspace structure.
4029  */
4030 int
4031 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4032 {
4033         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4034         vm_paddr_t pmltop_phys;
4035         int i;
4036
4037         /*
4038          * allocate the page directory page
4039          */
4040         pmltop_pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4041             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4042
4043         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4044         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4045
4046         CPU_FOREACH(i) {
4047                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4048                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4049         }
4050         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4051         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4052         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4053
4054         pmap->pm_type = pm_type;
4055         if ((pmltop_pg->flags & PG_ZERO) == 0)
4056                 pagezero(pmap->pm_pmltop);
4057
4058         /*
4059          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4060          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4061          * address space.
4062          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4063          */
4064         if (pm_type == PT_X86) {
4065                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4066                 if (pmap_is_la57(pmap))
4067                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4068                 else
4069                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4070                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4071                         pmltop_pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4072                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4073                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4074                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4075                         if (pmap_is_la57(pmap))
4076                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4077                         else
4078                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4079                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4080                 }
4081                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4082                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4083                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4084                 }
4085         }
4086
4087         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4088         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4089         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4090         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4091         pmap->pm_flags = flags;
4092         pmap->pm_eptgen = 0;
4093
4094         return (1);
4095 }
4096
4097 int
4098 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4099 {
4100
4101         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4102 }
4103
4104 static pml4_entry_t *
4105 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4106     bool addref)
4107 {
4108         vm_pindex_t pml5index;
4109         pml5_entry_t *pml5;
4110         pml4_entry_t *pml4;
4111         vm_page_t pml4pg;
4112         pt_entry_t PG_V;
4113         bool allocated;
4114
4115         if (!pmap_is_la57(pmap))
4116                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4117
4118         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4119         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4120         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4121         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4122                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp, va) ==
4123                     NULL)
4124                         return (NULL);
4125                 allocated = true;
4126         } else {
4127                 allocated = false;
4128         }
4129         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4130         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4131         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4132                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4133                 if (allocated && !addref)
4134                         pml4pg->ref_count--;
4135                 else if (!allocated && addref)
4136                         pml4pg->ref_count++;
4137         }
4138         return (pml4);
4139 }
4140
4141 static pdp_entry_t *
4142 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4143     bool addref)
4144 {
4145         vm_page_t pdppg;
4146         pml4_entry_t *pml4;
4147         pdp_entry_t *pdp;
4148         pt_entry_t PG_V;
4149         bool allocated;
4150
4151         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4152
4153         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4154         if (pml4 == NULL)
4155                 return (NULL);
4156
4157         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4158                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4159                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp, va) ==
4160                     NULL)
4161                         return (NULL);
4162                 allocated = true;
4163         } else {
4164                 allocated = false;
4165         }
4166         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4167         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4168         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4169                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4170                 if (allocated && !addref)
4171                         pdppg->ref_count--;
4172                 else if (!allocated && addref)
4173                         pdppg->ref_count++;
4174         }
4175         return (pdp);
4176 }
4177
4178 /*
4179  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4180  *
4181  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4182  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
4183  *
4184  * Note: If a page allocation fails at page table level two, three, or four,
4185  * up to three pages may be held during the wait, only to be released
4186  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
4187  * race conditions.
4188  *
4189  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4190  * while translating virtual address va are defined as follows:
4191  * - for the page table page (last level),
4192  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4193  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4194  *   table page.
4195  * - for the page directory page,
4196  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4197  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4198  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4199  * - for the page directory pointer page,
4200  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4201  *          NPML4EPGSHIFT),
4202  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4203  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4204  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4205  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4206  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4207  *
4208  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4209  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4210  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4211  * corresponding paging entry in this order.
4212  *
4213  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4214  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4215  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4216  * regardless of the actual mode of operation.
4217  *
4218  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4219  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
4220  */
4221 static vm_page_t
4222 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4223     vm_offset_t va __unused)
4224 {
4225         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4226         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4227         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4228         pdp_entry_t *pdp;
4229         pd_entry_t *pd;
4230         vm_page_t m, pdpg;
4231         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4232
4233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4234
4235         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4236         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4237         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4238         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4239
4240         /*
4241          * Allocate a page table page.
4242          */
4243         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
4244             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
4245                 if (lockp != NULL) {
4246                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4247                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4248                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4249                         vm_wait(NULL);
4250                         PMAP_LOCK(pmap);
4251                 }
4252
4253                 /*
4254                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
4255                  * page may have been allocated.
4256                  */
4257                 return (NULL);
4258         }
4259         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4260                 pmap_zero_page(m);
4261
4262         /*
4263          * Map the pagetable page into the process address space, if
4264          * it isn't already there.
4265          */
4266         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4267                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4268
4269                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4270                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4271                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4272                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4273                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4274
4275                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4276                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4277                                 *pml5 |= pg_nx;
4278
4279                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4280                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4281                             PG_A | PG_M;
4282                 }
4283         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4284                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4285                 /* Wire up a new PDPE page */
4286                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4287                 if (pml4 == NULL) {
4288                         vm_page_unwire_noq(m);
4289                         vm_page_free_zero(m);
4290                         return (NULL);
4291                 }
4292                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4293                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4294                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4295
4296                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4297                     pml4index < NUPML4E) {
4298                         /*
4299                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4300                          * kernel-mode page table no-execute so that
4301                          * we detect any programming errors that leave
4302                          * the kernel-mode page table active on return
4303                          * to user space.
4304                          */
4305                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4306                                 *pml4 |= pg_nx;
4307
4308                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4309                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4310                             PG_A | PG_M;
4311                 }
4312         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4313                 /* Wire up a new PDE page */
4314                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4315                 if (pdp == NULL) {
4316                         vm_page_unwire_noq(m);
4317                         vm_page_free_zero(m);
4318                         return (NULL);
4319                 }
4320                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4321                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4322                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4323         } else {
4324                 /* Wire up a new PTE page */
4325                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4326                 if (pdp == NULL) {
4327                         vm_page_unwire_noq(m);
4328                         vm_page_free_zero(m);
4329                         return (NULL);
4330                 }
4331                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4332                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4333                         if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4334                             lockp, va) == NULL) {
4335                                 vm_page_unwire_noq(m);
4336                                 vm_page_free_zero(m);
4337                                 return (NULL);
4338                         }
4339                 } else {
4340                         /* Add reference to the pd page */
4341                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4342                         pdpg->ref_count++;
4343                 }
4344                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4345
4346                 /* Now we know where the page directory page is */
4347                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4348                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4349                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4350                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4351         }
4352
4353         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4354
4355         return (m);
4356 }
4357
4358 static pd_entry_t *
4359 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4360     struct rwlock **lockp)
4361 {
4362         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4363         pd_entry_t *pde;
4364         vm_page_t pdpg;
4365         vm_pindex_t pdpindex;
4366
4367         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4368
4369 retry:
4370         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4371         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4372                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4373                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4374                         /* Add a reference to the pd page. */
4375                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4376                         pdpg->ref_count++;
4377                 } else
4378                         pdpg = NULL;
4379         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4380                 /* Allocate a pd page. */
4381                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4382                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4383                 if (pdpg == NULL) {
4384                         if (lockp != NULL)
4385                                 goto retry;
4386                         else
4387                                 return (NULL);
4388                 }
4389                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4390                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4391         } else
4392                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4393                     va);
4394         *pdpgp = pdpg;
4395         return (pde);
4396 }
4397
4398 static vm_page_t
4399 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4400 {
4401         vm_pindex_t ptepindex;
4402         pd_entry_t *pd, PG_V;
4403         vm_page_t m;
4404
4405         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4406
4407         /*
4408          * Calculate pagetable page index
4409          */
4410         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4411 retry:
4412         /*
4413          * Get the page directory entry
4414          */
4415         pd = pmap_pde(pmap, va);
4416
4417         /*
4418          * This supports switching from a 2MB page to a
4419          * normal 4K page.
4420          */
4421         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4422                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4423                         /*
4424                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4425                          * the deallocation of the underlying PD page.
4426                          */
4427                         pd = NULL;
4428                 }
4429         }
4430
4431         /*
4432          * If the page table page is mapped, we just increment the
4433          * hold count, and activate it.
4434          */
4435         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4436                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4437                 m->ref_count++;
4438         } else {
4439                 /*
4440                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4441                  * deallocated.
4442                  */
4443                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp, va);
4444                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4445                         goto retry;
4446         }
4447         return (m);
4448 }
4449
4450 /***************************************************
4451  * Pmap allocation/deallocation routines.
4452  ***************************************************/
4453
4454 /*
4455  * Release any resources held by the given physical map.
4456  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4457  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4458  */
4459 void
4460 pmap_release(pmap_t pmap)
4461 {
4462         vm_page_t m;
4463         int i;
4464
4465         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4466             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4467             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4468         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4469             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4470             pmap));
4471         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4472             ("releasing active pmap %p", pmap));
4473
4474         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4475
4476         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4477                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4478                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4479         } else {
4480                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4481                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4482                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4483                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4484                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4485                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4486                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4487         }
4488
4489         vm_page_unwire_noq(m);
4490         vm_page_free_zero(m);
4491
4492         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4493                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4494                     pm_pmltopu));
4495                 vm_page_unwire_noq(m);
4496                 vm_page_free(m);
4497         }
4498         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4499             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4500                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4501 }
4502
4503 static int
4504 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4505 {
4506         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4507
4508         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4509 }
4510 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4511     0, 0, kvm_size, "LU",
4512     "Size of KVM");
4513
4514 static int
4515 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4516 {
4517         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4518
4519         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4520 }
4521 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4522     0, 0, kvm_free, "LU",
4523     "Amount of KVM free");
4524
4525 /*
4526  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4527  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4528  */
4529 void
4530 pmap_page_array_startup(long pages)
4531 {
4532         pdp_entry_t *pdpe;
4533         pd_entry_t *pde, newpdir;
4534         vm_offset_t va, start, end;
4535         vm_paddr_t pa;
4536         long pfn;
4537         int domain, i;
4538
4539         vm_page_array_size = pages;
4540
4541         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4542         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4543         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4544                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4545                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4546                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4547                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4548                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4549                         dump_add_page(pa);
4550                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4551                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4552                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4553                 }
4554                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4555                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4556                         panic("Unexpected pde");
4557                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4558                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4559                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4560                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4561                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4562                 pde_store(pde, newpdir);
4563         }
4564         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4565 }
4566
4567 /*
4568  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4569  */
4570 void
4571 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4572 {
4573         vm_paddr_t paddr;
4574         vm_page_t nkpg;
4575         pd_entry_t *pde, newpdir;
4576         pdp_entry_t *pdpe;
4577
4578         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4579
4580         /*
4581          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4582          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4583          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4584          *
4585          * The correctness of this action is based on the following
4586          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4587          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4588          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4589          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4590          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4591          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4592          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4593          * "KERNBASE".
4594          */
4595         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4596                 return;
4597
4598         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4599         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4600                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4601         while (kernel_vm_end < addr) {
4602                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4603                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4604                         /* We need a new PDP entry */
4605                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4606                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4607                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4608                         if (nkpg == NULL)
4609                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4610                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4611                                 pmap_zero_page(nkpg);
4612                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4613                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4614                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4615                         continue; /* try again */
4616                 }
4617                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4618                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4619                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4620                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4621                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4622                                 break;                       
4623                         }
4624                         continue;
4625                 }
4626
4627                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4628                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4629                     VM_ALLOC_ZERO);
4630                 if (nkpg == NULL)
4631                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4632                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4633                         pmap_zero_page(nkpg);
4634                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4635                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4636                 pde_store(pde, newpdir);
4637
4638                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4639                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4640                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4641                         break;                       
4642                 }
4643         }
4644 }
4645
4646 /***************************************************
4647  * page management routines.
4648  ***************************************************/
4649
4650 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4651 CTASSERT(_NPCM == 3);
4652 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4653
4654 static __inline struct pv_chunk *
4655 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4656 {
4657
4658         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4659 }
4660
4661 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4662
4663 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4664 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4665 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4666
4667 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4668
4669 #ifdef PV_STATS
4670 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4671
4672 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4673         "Current number of pv entry chunks");
4674 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4675         "Current number of pv entry chunks allocated");
4676 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4677         "Current number of pv entry chunks frees");
4678 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4679         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4680
4681 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4682 static int pv_entry_spare;
4683
4684 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4685         "Current number of pv entry frees");
4686 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4687         "Current number of pv entry allocs");
4688 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4689         "Current number of pv entries");
4690 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4691         "Current number of spare pv entries");
4692 #endif
4693
4694 static void
4695 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4696 {
4697
4698         if (pmap == NULL)
4699                 return;
4700         pmap_invalidate_all(pmap);
4701         if (pmap != locked_pmap)
4702                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4703         if (start_di)
4704                 pmap_delayed_invl_finish();
4705 }
4706
4707 /*
4708  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4709  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4710  * another pv entry chunk.
4711  *
4712  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4713  *
4714  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4715  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4716  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4717  */
4718 static vm_page_t
4719 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4720 {
4721         struct pv_chunks_list *pvc;
4722         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4723         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4724         struct md_page *pvh;
4725         pd_entry_t *pde;
4726         pmap_t next_pmap, pmap;
4727         pt_entry_t *pte, tpte;
4728         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4729         pv_entry_t pv;
4730         vm_offset_t va;
4731         vm_page_t m, m_pc;
4732         struct spglist free;
4733         uint64_t inuse;
4734         int bit, field, freed;
4735         bool start_di, restart;
4736
4737         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4738         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4739         pmap = NULL;
4740         m_pc = NULL;
4741         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4742         SLIST_INIT(&free);
4743         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4744         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4745         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4746         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4747
4748         /*
4749          * A delayed invalidation block should already be active if
4750          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4751          * of pmap_demote_pde_locked().
4752          */
4753         start_di = pmap_not_in_di();
4754
4755         pvc = &pv_chunks[domain];
4756         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4757         pvc->active_reclaims++;
4758         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4759         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4760         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4761             SLIST_EMPTY(&free)) {
4762                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4763                 if (next_pmap == NULL) {
4764                         /*
4765                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4766                          * not our marker, so active_reclaims must be
4767                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4768                          * will not rotate the pv_chunks list.
4769                          */
4770                         goto next_chunk;
4771                 }
4772                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4773
4774                 /*
4775                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4776                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4777                  * corresponding pmap is locked.
4778                  */
4779                 if (pmap != next_pmap) {
4780                         restart = false;
4781                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4782                             start_di);
4783                         pmap = next_pmap;
4784                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4785                         if (pmap > locked_pmap) {
4786                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4787                                 PMAP_LOCK(pmap);
4788                                 if (start_di)
4789                                         pmap_delayed_invl_start();
4790                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4791                                 restart = true;
4792                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4793                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4794                                         if (start_di)
4795                                                 pmap_delayed_invl_start();
4796                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4797                                         restart = true;
4798                                 } else {
4799                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4800                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4801                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4802                                         if (pc == NULL ||
4803                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4804                                                 continue;
4805                                         goto next_chunk;
4806                                 }
4807                         } else if (start_di)
4808                                 pmap_delayed_invl_start();
4809                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4810                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4811                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4812                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4813                         if (restart)
4814                                 continue;
4815                 }
4816
4817                 /*
4818                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4819                  */
4820                 freed = 0;
4821                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4822                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4823                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4824                                 bit = bsfq(inuse);
4825                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4826                                 va = pv->pv_va;
4827                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4828                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4829                                         continue;
4830                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4831                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4832                                         continue;
4833                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4834                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4835                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4836                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4837                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4838                                         vm_page_dirty(m);
4839                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4840                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4841                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4842                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4843                                 m->md.pv_gen++;
4844                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4845                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4846                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4847                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4848                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4849                                                     PGA_WRITEABLE);
4850                                         }
4851                                 }
4852                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4853                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4854                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4855                                 freed++;
4856                         }
4857                 }
4858                 if (freed == 0) {
4859                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4860                         goto next_chunk;
4861                 }
4862                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4863                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4864                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4865                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4866                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4867                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4868                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4869                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4870                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4871                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4872                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4873                         /* Entire chunk is free; return it. */
4874                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4875                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4876                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4877                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4878                         break;
4879                 }
4880                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4881                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4882                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4883                 if (pmap == locked_pmap)
4884                         break;
4885 next_chunk:
4886                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4887                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4888                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4889                         /*
4890                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4891                          * scan the same pv chunks that could not be
4892                          * freed (because they contained a wired
4893                          * and/or superpage mapping) on every
4894                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4895                          */
4896                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4897                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4898                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4899                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4900                         }
4901                 }
4902         }
4903         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4904         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4905         pvc->active_reclaims--;
4906         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4907         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4908         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4909                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4910                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4911                 /* Recycle a freed page table page. */
4912                 m_pc->ref_count = 1;
4913         }
4914         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4915         return (m_pc);
4916 }
4917
4918 static vm_page_t
4919 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4920 {
4921         vm_page_t m;
4922         int i, domain;
4923
4924         domain = PCPU_GET(domain);
4925         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4926                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4927                 if (m != NULL)
4928                         break;
4929                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4930         }
4931
4932         return (m);
4933 }
4934
4935 /*
4936  * free the pv_entry back to the free list
4937  */
4938 static void
4939 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4940 {
4941         struct pv_chunk *pc;
4942         int idx, field, bit;
4943
4944         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4945         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4946         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4947         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4948         pc = pv_to_chunk(pv);
4949         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4950         field = idx / 64;
4951         bit = idx % 64;
4952         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4953         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4954             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4955                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4956                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4957                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4958                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4959                 }
4960                 return;
4961         }
4962         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4963         free_pv_chunk(pc);
4964 }
4965
4966 static void
4967 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4968 {
4969         vm_page_t m;
4970
4971         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4972         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4973         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4974         /* entire chunk is free, return it */
4975         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4976         dump_drop_page(m->phys_addr);
4977         vm_page_unwire_noq(m);
4978         vm_page_free(m);
4979 }
4980
4981 static void
4982 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4983 {
4984         struct pv_chunks_list *pvc;
4985
4986         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4987         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4988         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4989         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4990         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4991 }
4992
4993 static void
4994 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4995 {
4996         struct pv_chunks_list *pvc;
4997         struct pv_chunk *pc, *npc;
4998         int i;
4999
5000         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5001                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5002                         continue;
5003                 pvc = &pv_chunks[i];
5004                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5005                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5006                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5007                 }
5008                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5009         }
5010
5011         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5012                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5013                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5014                 }
5015         }
5016 }
5017
5018 /*
5019  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5020  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5021  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5022  * returned.
5023  *
5024  * The given PV list lock may be released.
5025  */
5026 static pv_entry_t
5027 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5028 {
5029         struct pv_chunks_list *pvc;
5030         int bit, field;
5031         pv_entry_t pv;
5032         struct pv_chunk *pc;
5033         vm_page_t m;
5034
5035         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5036         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
5037 retry:
5038         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5039         if (pc != NULL) {
5040                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5041                         if (pc->pc_map[field]) {
5042                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5043                                 break;
5044                         }
5045                 }
5046                 if (field < _NPCM) {
5047                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5048                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5049                         /* If this was the last item, move it to tail */
5050                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5051                             pc->pc_map[2] == 0) {
5052                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5053                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5054                                     pc_list);
5055                         }
5056                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5057                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
5058                         return (pv);
5059                 }
5060         }
5061         /* No free items, allocate another chunk */
5062         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5063             VM_ALLOC_WIRED);
5064         if (m == NULL) {
5065                 if (lockp == NULL) {
5066                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
5067                         return (NULL);
5068                 }
5069                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5070                 if (m == NULL)
5071                         goto retry;
5072         }
5073         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5074         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5075         dump_add_page(m->phys_addr);
5076         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5077         pc->pc_pmap = pmap;
5078         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5079         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5080         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5081         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
5082         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5083         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5084         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5085         pv = &pc->pc_pventry[0];
5086         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5087         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5088         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5089         return (pv);
5090 }
5091
5092 /*
5093  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5094  *
5095  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5096  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5097  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5098  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5099  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5100  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5101  * as well.
5102  *
5103  * Reference numbers for erratas are
5104  * 4th Gen Core: HSD146
5105  * 5th Gen Core: BDM85
5106  * 6th Gen Core: SKL029
5107  */
5108 static int
5109 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5110 {
5111         u_long result, tmp;
5112
5113         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5114             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5115             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5116             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5117             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5118         return (result);
5119 }
5120
5121 /*
5122  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5123  * exceeds the given count, "needed".
5124  *
5125  * The given PV list lock may be released.
5126  */
5127 static void
5128 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5129 {
5130         struct pv_chunks_list *pvc;
5131         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5132         struct pv_chunk *pc;
5133         vm_page_t m;
5134         int avail, free, i;
5135         bool reclaimed;
5136
5137         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5138         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5139
5140         /*
5141          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5142          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5143          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5144          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5145          */
5146         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5147                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5148 retry:
5149         avail = 0;
5150         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5151 #ifndef __POPCNT__
5152                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5153                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5154                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5155                 else
5156 #endif
5157                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5158                 if (free == 0)
5159                         break;
5160                 avail += free;
5161                 if (avail >= needed)
5162                         break;
5163         }
5164         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5165                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5166                     VM_ALLOC_WIRED);
5167                 if (m == NULL) {
5168                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5169                         if (m == NULL)
5170                                 goto retry;
5171                         reclaimed = true;
5172                 }
5173                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5174                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5175                 dump_add_page(m->phys_addr);
5176                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5177                 pc->pc_pmap = pmap;
5178                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5179                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5180                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5181                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5182                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
5183                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5184
5185                 /*
5186                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5187                  * If that chunk contained available entries, we need to
5188                  * re-count the number of available entries.
5189                  */
5190                 if (reclaimed)
5191                         goto retry;
5192         }
5193         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5194                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5195                         continue;
5196                 pvc = &pv_chunks[i];
5197                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5198                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5199                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5200         }
5201 }
5202
5203 /*
5204  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5205  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5206  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5207  * 2MB page mappings.
5208  */
5209 static __inline pv_entry_t
5210 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5211 {
5212         pv_entry_t pv;
5213
5214         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5215                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5216                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5217                         pvh->pv_gen++;
5218                         break;
5219                 }
5220         }
5221         return (pv);
5222 }
5223
5224 /*
5225  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5226  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5227  * entries for each of the 4KB page mappings.
5228  */
5229 static void
5230 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5231     struct rwlock **lockp)
5232 {
5233         struct md_page *pvh;
5234         struct pv_chunk *pc;
5235         pv_entry_t pv;
5236         vm_offset_t va_last;
5237         vm_page_t m;
5238         int bit, field;
5239
5240         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5241         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5242             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5243         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5244
5245         /*
5246          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5247          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5248          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5249          */
5250         pvh = pa_to_pvh(pa);
5251         va = trunc_2mpage(va);
5252         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5253         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5254         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5255         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5256         m->md.pv_gen++;
5257         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5258         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5259         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5260         for (;;) {
5261                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5262                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5263                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5264                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5265                         while (pc->pc_map[field]) {
5266                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5267                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5268                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5269                                 va += PAGE_SIZE;
5270                                 pv->pv_va = va;
5271                                 m++;
5272                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5273                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5274                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5275                                 m->md.pv_gen++;
5276                                 if (va == va_last)
5277                                         goto out;
5278                         }
5279                 }
5280                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5281                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5282         }
5283 out:
5284         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5285                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5286                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5287         }
5288         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5289         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
5290 }
5291
5292 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5293 /*
5294  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5295  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5296  * for the 2MB page mapping.
5297  */
5298 static void
5299 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5300     struct rwlock **lockp)
5301 {
5302         struct md_page *pvh;
5303         pv_entry_t pv;
5304         vm_offset_t va_last;
5305         vm_page_t m;
5306
5307         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5308             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5309         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5310
5311         /*
5312          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5313          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5314          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5315          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5316          * mappings that is being promoted.
5317          */
5318         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5319         va = trunc_2mpage(va);
5320         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5321         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5322         pvh = pa_to_pvh(pa);
5323         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5324         pvh->pv_gen++;
5325         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5326         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5327         do {
5328                 m++;
5329                 va += PAGE_SIZE;
5330                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5331         } while (va < va_last);
5332 }
5333 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5334
5335 /*
5336  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5337  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5338  * page mappings.
5339  */
5340 static void
5341 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5342 {
5343         pv_entry_t pv;
5344
5345         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5346         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5347         free_pv_entry(pmap, pv);
5348 }
5349
5350 /*
5351  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5352  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5353  */
5354 static boolean_t
5355 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5356     struct rwlock **lockp)
5357 {
5358         pv_entry_t pv;
5359
5360         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5361         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5362         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5363                 pv->pv_va = va;
5364                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5365                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5366                 m->md.pv_gen++;
5367                 return (TRUE);
5368         } else
5369                 return (FALSE);
5370 }
5371
5372 /*
5373  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5374  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5375  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5376  */
5377 static bool
5378 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5379     struct rwlock **lockp)
5380 {
5381         struct md_page *pvh;
5382         pv_entry_t pv;
5383         vm_paddr_t pa;
5384
5385         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5386         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5387         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5388             NULL : lockp)) == NULL)
5389                 return (false);
5390         pv->pv_va = va;
5391         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5392         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5393         pvh = pa_to_pvh(pa);
5394         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5395         pvh->pv_gen++;
5396         return (true);
5397 }
5398
5399 /*
5400  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5401  */
5402 static void
5403 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5404 {
5405         pt_entry_t *pte;
5406
5407         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5408                 *pte = newpte;
5409                 newpte += PAGE_SIZE;
5410         }
5411 }
5412
5413 /*
5414  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5415  * mapping is invalidated.
5416  */
5417 static boolean_t
5418 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5419 {
5420         struct rwlock *lock;
5421         boolean_t rv;
5422
5423         lock = NULL;
5424         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5425         if (lock != NULL)
5426                 rw_wunlock(lock);
5427         return (rv);
5428 }
5429
5430 static void
5431 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5432 {
5433 #ifdef INVARIANTS
5434 #ifdef DIAGNOSTIC
5435         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5436
5437         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5438             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5439                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5440                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5441                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5442                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5443                         printf("page table dump\n");
5444                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5445                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5446                         panic("firstpte");
5447                 }
5448         }
5449 #else
5450         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5451             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5452             " addresses"));
5453 #endif
5454 #endif
5455 }
5456
5457 static void
5458 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5459     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5460 {
5461         struct spglist free;
5462         vm_offset_t sva;
5463
5464         SLIST_INIT(&free);
5465         sva = trunc_2mpage(va);
5466         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5467         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5468                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5469         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5470         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5471             va, pmap);
5472 }
5473
5474 static boolean_t
5475 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5476     struct rwlock **lockp)
5477 {
5478         pd_entry_t newpde, oldpde;
5479         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5480         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5481         vm_paddr_t mptepa;
5482         vm_page_t mpte;
5483         int PG_PTE_CACHE;
5484         bool in_kernel;
5485
5486         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5487         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5488         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5489         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5490         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5491         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5492         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5493
5494         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5495         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5496         oldpde = *pde;
5497         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5498             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5499
5500         /*
5501          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5502          * mapping was never accessed.
5503          */
5504         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5505                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5506                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5507                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5508                 return (FALSE);
5509         }
5510
5511         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5512         if (mpte == NULL) {
5513                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5514                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5515                     " is missing"));
5516
5517                 /*
5518                  * If the page table page is missing and the mapping
5519                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5520                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5521                  * for every other part of the kernel address space,
5522                  * so the direct map region is the only part of the
5523                  * kernel address space that must be handled here.
5524                  */
5525                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5526                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5527                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5528
5529                 /*
5530                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5531                  * region of the kernel's address space, then the page
5532                  * allocation request specifies the highest possible
5533                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5534                  * priority is normal.
5535                  */
5536                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5537                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5538                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5539
5540                 /*
5541                  * If the allocation of the new page table page fails,
5542                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5543                  */
5544                 if (mpte == NULL) {
5545                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5546                         return (FALSE);
5547                 }
5548
5549                 if (!in_kernel) {
5550                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5551                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5552                 }
5553         }
5554         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5555         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5556         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5557         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5558             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5559         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5560         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5561
5562         /*
5563          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5564          * initialize it.
5565          */
5566         if (mpte->valid == 0)
5567                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5568
5569         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5570
5571         /*
5572          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5573          * entries.
5574          */
5575         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5576                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5577
5578         /*
5579          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5580          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5581          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5582          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5583          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5584          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5585          */
5586         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5587                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5588
5589         /*
5590          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5591          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5592          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5593          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5594          * the read above and the store below. 
5595          */
5596         if (workaround_erratum383)
5597                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5598         else
5599                 pde_store(pde, newpde);
5600
5601         /*
5602          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5603          */
5604         if (in_kernel)
5605                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5606
5607         /*
5608          * Demote the PV entry.
5609          */
5610         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5611                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5612
5613         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5614         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5615             va, pmap);
5616         return (TRUE);
5617 }
5618
5619 /*
5620  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5621  */
5622 static void
5623 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5624 {
5625         pd_entry_t newpde;
5626         vm_paddr_t mptepa;
5627         vm_page_t mpte;
5628
5629         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5630         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5631         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5632         if (mpte == NULL)
5633                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5634
5635         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5636         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5637
5638         /*
5639          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5640          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5641          */
5642         if (mpte->valid != 0)
5643                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5644
5645         /*
5646          * Demote the mapping.
5647          */
5648         if (workaround_erratum383)
5649                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5650         else
5651                 pde_store(pde, newpde);
5652
5653         /*
5654          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5655          */
5656         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5657 }
5658
5659 /*
5660  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5661  */
5662 static int
5663 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5664     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5665 {
5666         struct md_page *pvh;
5667         pd_entry_t oldpde;
5668         vm_offset_t eva, va;
5669         vm_page_t m, mpte;
5670         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5671
5672         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5673         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5674         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5675         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5676
5677         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5678         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5679             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5680         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5681         if (oldpde & PG_W)
5682                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5683         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5684                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5685         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5686         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5687                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5688                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5689                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5690                 eva = sva + NBPDR;
5691                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5692                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5693                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5694                                 vm_page_dirty(m);
5695                         if (oldpde & PG_A)
5696                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5697                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5698                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5699                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5700                         pmap_delayed_invl_page(m);
5701                 }
5702         }
5703         if (pmap == kernel_pmap) {
5704                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5705         } else {
5706                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5707                 if (mpte != NULL) {
5708                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5709                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5710                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5711                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5712                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5713                         mpte->ref_count = 0;
5714                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5715                 }
5716         }
5717         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5718 }
5719
5720 /*
5721  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5722  */
5723 static int
5724 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5725     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5726 {
5727         struct md_page *pvh;
5728         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5729         vm_page_t m;
5730
5731         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5732         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5733         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5734
5735         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5736         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5737         if (oldpte & PG_W)
5738                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5739         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5740         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5741                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5742                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5743                         vm_page_dirty(m);
5744                 if (oldpte & PG_A)
5745                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5746                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5747                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5748                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5749                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5750                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5751                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5752                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5753                 }
5754                 pmap_delayed_invl_page(m);
5755         }
5756         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5757 }
5758
5759 /*
5760  * Remove a single page from a process address space
5761  */
5762 static void
5763 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5764     struct spglist *free)
5765 {
5766         struct rwlock *lock;
5767         pt_entry_t *pte, PG_V;
5768
5769         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5771         if ((*pde & PG_V) == 0)
5772                 return;
5773         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5774         if ((*pte & PG_V) == 0)
5775                 return;
5776         lock = NULL;
5777         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5778         if (lock != NULL)
5779                 rw_wunlock(lock);
5780         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5781 }
5782
5783 /*
5784  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5785  */
5786 static bool
5787 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5788     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5789 {
5790         pt_entry_t PG_G, *pte;
5791         vm_offset_t va;
5792         bool anyvalid;
5793
5794         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5795         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5796         anyvalid = false;
5797         va = eva;
5798         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5799             sva += PAGE_SIZE) {
5800                 if (*pte == 0) {
5801                         if (va != eva) {
5802                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5803                                 va = eva;
5804                         }
5805                         continue;
5806                 }
5807                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5808                         anyvalid = true;
5809                 else if (va == eva)
5810                         va = sva;
5811                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5812                         sva += PAGE_SIZE;
5813                         break;
5814                 }
5815         }
5816         if (va != eva)
5817                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5818         return (anyvalid);
5819 }
5820
5821 /*
5822  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5823  *
5824  *      It is assumed that the start and end are properly
5825  *      rounded to the page size.
5826  */
5827 void
5828 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5829 {
5830         struct rwlock *lock;
5831         vm_offset_t va_next;
5832         pml5_entry_t *pml5e;
5833         pml4_entry_t *pml4e;
5834         pdp_entry_t *pdpe;
5835         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5836         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5837         struct spglist free;
5838         int anyvalid;
5839
5840         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5841         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5842
5843         /*
5844          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5845          */
5846         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5847                 return;
5848
5849         anyvalid = 0;
5850         SLIST_INIT(&free);
5851
5852         pmap_delayed_invl_start();
5853         PMAP_LOCK(pmap);
5854         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5855
5856         /*
5857          * special handling of removing one page.  a very
5858          * common operation and easy to short circuit some
5859          * code.
5860          */
5861         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5862                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5863                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5864                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5865                         goto out;
5866                 }
5867         }
5868
5869         lock = NULL;
5870         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5871                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5872                         break;
5873
5874                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
5875                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
5876                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
5877                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
5878                                 if (va_next < sva)
5879                                         va_next = eva;
5880                                 continue;
5881                         }
5882                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
5883                 } else {
5884                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5885                 }
5886                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5887                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5888                         if (va_next < sva)
5889                                 va_next = eva;
5890                         continue;
5891                 }
5892
5893                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5894                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5895                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5896                         if (va_next < sva)
5897                                 va_next = eva;
5898                         continue;
5899                 }
5900
5901                 /*
5902                  * Calculate index for next page table.
5903                  */
5904                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5905                 if (va_next < sva)
5906                         va_next = eva;
5907
5908                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5909                 ptpaddr = *pde;
5910
5911                 /*
5912                  * Weed out invalid mappings.
5913                  */
5914                 if (ptpaddr == 0)
5915                         continue;
5916
5917                 /*
5918                  * Check for large page.
5919                  */
5920                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5921                         /*
5922                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5923                          * demote the mapping and fall through.
5924                          */
5925                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5926                                 /*
5927                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5928                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5929                                  */
5930                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5931                                         anyvalid = 1;
5932                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5933                                 continue;
5934                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5935                             &lock)) {
5936                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5937                                 continue;
5938                         } else
5939                                 ptpaddr = *pde;
5940                 }
5941
5942                 /*
5943                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5944                  * by the current page table page, or to the end of the
5945                  * range being removed.
5946                  */
5947                 if (va_next > eva)
5948                         va_next = eva;
5949
5950                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5951                         anyvalid = 1;
5952         }
5953         if (lock != NULL)
5954                 rw_wunlock(lock);
5955 out:
5956         if (anyvalid)
5957                 pmap_invalidate_all(pmap);
5958         PMAP_UNLOCK(pmap);
5959         pmap_delayed_invl_finish();
5960         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5961 }
5962
5963 /*
5964  *      Routine:        pmap_remove_all
5965  *      Function:
5966  *              Removes this physical page from
5967  *              all physical maps in which it resides.
5968  *              Reflects back modify bits to the pager.
5969  *
5970  *      Notes:
5971  *              Original versions of this routine were very
5972  *              inefficient because they iteratively called
5973  *              pmap_remove (slow...)
5974  */
5975
5976 void
5977 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5978 {
5979         struct md_page *pvh;
5980         pv_entry_t pv;
5981         pmap_t pmap;
5982         struct rwlock *lock;
5983         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5984         pd_entry_t *pde;
5985         vm_offset_t va;
5986         struct spglist free;
5987         int pvh_gen, md_gen;
5988
5989         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5990             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5991         SLIST_INIT(&free);
5992         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5993         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5994             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5995 retry:
5996         rw_wlock(lock);
5997         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5998                 pmap = PV_PMAP(pv);
5999                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6000                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6001                         rw_wunlock(lock);
6002                         PMAP_LOCK(pmap);
6003                         rw_wlock(lock);
6004                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6005                                 rw_wunlock(lock);
6006                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6007                                 goto retry;
6008                         }
6009                 }
6010                 va = pv->pv_va;
6011                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6012                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6013                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6014         }
6015         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6016                 pmap = PV_PMAP(pv);
6017                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6018                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6019                         md_gen = m->md.pv_gen;
6020                         rw_wunlock(lock);
6021                         PMAP_LOCK(pmap);
6022                         rw_wlock(lock);
6023                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6024                                 rw_wunlock(lock);
6025                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6026                                 goto retry;
6027                         }
6028                 }
6029                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6030                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6031                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6032                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6033                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6034                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6035                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6036                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6037                 tpte = pte_load_clear(pte);
6038                 if (tpte & PG_W)
6039                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6040                 if (tpte & PG_A)
6041                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6042
6043                 /*
6044                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6045                  */
6046                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6047                         vm_page_dirty(m);
6048                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6049                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6050                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6051                 m->md.pv_gen++;
6052                 free_pv_entry(pmap, pv);
6053                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6054         }
6055         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6056         rw_wunlock(lock);
6057         pmap_delayed_invl_wait(m);
6058         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6059 }
6060
6061 /*
6062  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6063  */
6064 static boolean_t
6065 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6066 {
6067         pd_entry_t newpde, oldpde;
6068         vm_page_t m, mt;
6069         boolean_t anychanged;
6070         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6071
6072         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6073         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6074         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6075
6076         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6077         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6078             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6079         anychanged = FALSE;
6080 retry:
6081         oldpde = newpde = *pde;
6082         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6083                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6084                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6085                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6086                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6087                                 vm_page_dirty(mt);
6088                 }
6089                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6090         }
6091         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6092                 newpde |= pg_nx;
6093         if (newpde != oldpde) {
6094                 /*
6095                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6096                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6097                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6098                  */
6099                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6100                         goto retry;
6101                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6102                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6103                 else
6104                         anychanged = TRUE;
6105         }
6106         return (anychanged);
6107 }
6108
6109 /*
6110  *      Set the physical protection on the
6111  *      specified range of this map as requested.
6112  */
6113 void
6114 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6115 {
6116         vm_offset_t va_next;
6117         pml4_entry_t *pml4e;
6118         pdp_entry_t *pdpe;
6119         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6120         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6121         boolean_t anychanged;
6122
6123         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6124         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6125                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6126                 return;
6127         }
6128
6129         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6130             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6131                 return;
6132
6133         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6134         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6135         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6136         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6137         anychanged = FALSE;
6138
6139         /*
6140          * Although this function delays and batches the invalidation
6141          * of stale TLB entries, it does not need to call
6142          * pmap_delayed_invl_start() and
6143          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6144          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6145          * protection-only changes need only be invalidated before the
6146          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6147          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6148          * a physical page's PV list of mappings, like
6149          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6150          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6151          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6152          * updates.
6153          *
6154          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6155          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6156          * invalidated.
6157          */
6158
6159         PMAP_LOCK(pmap);
6160         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6161                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6162                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6163                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6164                         if (va_next < sva)
6165                                 va_next = eva;
6166                         continue;
6167                 }
6168
6169                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6170                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6171                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6172                         if (va_next < sva)
6173                                 va_next = eva;
6174                         continue;
6175                 }
6176
6177                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6178                 if (va_next < sva)
6179                         va_next = eva;
6180
6181                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6182                 ptpaddr = *pde;
6183
6184                 /*
6185                  * Weed out invalid mappings.
6186                  */
6187                 if (ptpaddr == 0)
6188                         continue;
6189
6190                 /*
6191                  * Check for large page.
6192                  */
6193                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6194                         /*
6195                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6196                          * demote the mapping and fall through.
6197                          */
6198                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6199                                 /*
6200                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6201                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6202                                  */
6203                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6204                                         anychanged = TRUE;
6205                                 continue;
6206                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6207                                 /*
6208                                  * The large page mapping was destroyed.
6209                                  */
6210                                 continue;
6211                         }
6212                 }
6213
6214                 if (va_next > eva)
6215                         va_next = eva;
6216
6217                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6218                     sva += PAGE_SIZE) {
6219                         pt_entry_t obits, pbits;
6220                         vm_page_t m;
6221
6222 retry:
6223                         obits = pbits = *pte;
6224                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6225                                 continue;
6226
6227                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6228                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6229                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6230                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6231                                         vm_page_dirty(m);
6232                                 }
6233                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6234                         }
6235                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6236                                 pbits |= pg_nx;
6237
6238                         if (pbits != obits) {
6239                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6240                                         goto retry;
6241                                 if (obits & PG_G)
6242                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6243                                 else
6244                                         anychanged = TRUE;
6245                         }
6246                 }
6247         }
6248         if (anychanged)
6249                 pmap_invalidate_all(pmap);
6250         PMAP_UNLOCK(pmap);
6251 }
6252
6253 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6254 static bool
6255 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6256 {
6257
6258         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6259                 return (false);
6260         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6261 }
6262
6263 /*
6264  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6265  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6266  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6267  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6268  * identical characteristics. 
6269  */
6270 static void
6271 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6272     struct rwlock **lockp)
6273 {
6274         pd_entry_t newpde;
6275         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6276         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6277         vm_page_t mpte;
6278         int PG_PTE_CACHE;
6279
6280         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6281         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6282         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6283         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6284         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6285         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6286         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6287
6288         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6289
6290         /*
6291          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6292          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6293          * within a 2MB page. 
6294          */
6295         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6296 setpde:
6297         newpde = *firstpte;
6298         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6299             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6300             newpde))) {
6301                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6302                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6303                     " in pmap %p", va, pmap);
6304                 return;
6305         }
6306         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6307                 /*
6308                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6309                  * a TLB invalidation.
6310                  */
6311                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6312                         goto setpde;
6313                 newpde &= ~PG_RW;
6314         }
6315
6316         /*
6317          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6318          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6319          * characteristics to the first PTE.
6320          */
6321         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6322         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6323 setpte:
6324                 oldpte = *pte;
6325                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6326                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6327                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6328                             " in pmap %p", va, pmap);
6329                         return;
6330                 }
6331                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6332                         /*
6333                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6334                          * without a TLB invalidation.
6335                          */
6336                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6337                                 goto setpte;
6338                         oldpte &= ~PG_RW;
6339                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6340                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6341                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6342                 }
6343                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6344                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6345                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6346                             " in pmap %p", va, pmap);
6347                         return;
6348                 }
6349                 pa -= PAGE_SIZE;
6350         }
6351
6352         /*
6353          * Save the page table page in its current state until the PDE
6354          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6355          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6356          */
6357         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6358         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6359             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6360             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6361         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6362             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6363         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6364                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6365                 CTR2(KTR_PMAP,
6366                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6367                     pmap);
6368                 return;
6369         }
6370
6371         /*
6372          * Promote the pv entries.
6373          */
6374         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6375                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6376
6377         /*
6378          * Propagate the PAT index to its proper position.
6379          */
6380         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6381
6382         /*
6383          * Map the superpage.
6384          */
6385         if (workaround_erratum383)
6386                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6387         else
6388                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6389
6390         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6391         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6392             " in pmap %p", va, pmap);
6393 }
6394 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6395
6396 /*
6397  *      Insert the given physical page (p) at
6398  *      the specified virtual address (v) in the
6399  *      target physical map with the protection requested.
6400  *
6401  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6402  *      that the related pte can not be reclaimed.
6403  *
6404  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6405  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6406  *      insert this page into the given map NOW.
6407  *
6408  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6409  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6410  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6411  */
6412 int
6413 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6414     u_int flags, int8_t psind)
6415 {
6416         struct rwlock *lock;
6417         pd_entry_t *pde;
6418         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6419         pt_entry_t newpte, origpte;
6420         pv_entry_t pv;
6421         vm_paddr_t opa, pa;
6422         vm_page_t mpte, om;
6423         int rv;
6424         boolean_t nosleep;
6425
6426         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6427         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6428         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6429         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6430         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6431
6432         va = trunc_page(va);
6433         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6434         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6435             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6436             va));
6437         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6438             va >= kmi.clean_eva,
6439             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6440         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6441                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6442         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6443             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6444         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6445         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6446         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6447                 newpte |= PG_M;
6448         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6449                 newpte |= PG_RW;
6450         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6451             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6452         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6453                 newpte |= pg_nx;
6454         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6455                 newpte |= PG_W;
6456         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6457                 newpte |= PG_U;
6458         if (pmap == kernel_pmap)
6459                 newpte |= PG_G;
6460         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6461
6462         /*
6463          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6464          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6465          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6466          */
6467         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6468                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6469                         newpte |= PG_M;
6470         } else
6471                 newpte |= PG_MANAGED;
6472
6473         lock = NULL;
6474         PMAP_LOCK(pmap);
6475         if (psind == 1) {
6476                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6477                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6478                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6479                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6480                 goto out;
6481         }
6482         mpte = NULL;
6483
6484         /*
6485          * In the case that a page table page is not
6486          * resident, we are creating it here.
6487          */
6488 retry:
6489         pde = pmap_pde(pmap, va);
6490         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6491             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6492                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6493                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6494                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6495                         mpte->ref_count++;
6496                 }
6497         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6498                 /*
6499                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6500                  * deallocated.
6501                  */
6502                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6503                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6504                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6505                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6506                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6507                         goto out;
6508                 }
6509                 goto retry;
6510         } else
6511                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6512
6513         origpte = *pte;
6514         pv = NULL;
6515         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6516                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6517
6518         /*
6519          * Is the specified virtual address already mapped?
6520          */
6521         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6522                 /*
6523                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6524                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6525                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6526                  * the PT page will be also.
6527                  */
6528                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6529                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6530                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6531                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6532
6533                 /*
6534                  * Remove the extra PT page reference.
6535                  */
6536                 if (mpte != NULL) {
6537                         mpte->ref_count--;
6538                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6539                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6540                              " va: 0x%lx", va));
6541                 }
6542
6543                 /*
6544                  * Has the physical page changed?
6545                  */
6546                 opa = origpte & PG_FRAME;
6547                 if (opa == pa) {
6548                         /*
6549                          * No, might be a protection or wiring change.
6550                          */
6551                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6552                             (newpte & PG_RW) != 0)
6553                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6554                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6555                                 goto unchanged;
6556                         goto validate;
6557                 }
6558
6559                 /*
6560                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6561                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6562                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6563                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6564                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6565                  * avoiding an allocation.
6566                  *
6567                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6568                  */
6569                 origpte = pte_load_clear(pte);
6570                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6571                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6572                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6573                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6574
6575                         /*
6576                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6577                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6578                          * pmap_ts_referenced().
6579                          */
6580                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6581                                 vm_page_dirty(om);
6582                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6583                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6584                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6585                         }
6586                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6587                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6588                         KASSERT(pv != NULL,
6589                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6590                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6591                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6592                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6593                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6594                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6595                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6596                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6597                 } else {
6598                         /*
6599                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6600                          * is set.
6601                          */
6602                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6603                 }
6604                 origpte = 0;
6605         } else {
6606                 /*
6607                  * Increment the counters.
6608                  */
6609                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6610                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6611                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6612         }
6613
6614         /*
6615          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6616          */
6617         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6618                 if (pv == NULL) {
6619                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6620                         pv->pv_va = va;
6621                 }
6622                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6623                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6624                 m->md.pv_gen++;
6625                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6626                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6627         }
6628
6629         /*
6630          * Update the PTE.
6631          */
6632         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6633 validate:
6634                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6635                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6636                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6637                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6638                     (PG_M | PG_RW)) {
6639                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6640                                 vm_page_dirty(m);
6641
6642                         /*
6643                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6644                          * invalidation may nonetheless be required because
6645                          * the PTE no longer has PG_M set.
6646                          */
6647                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6648                         /*
6649                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6650                          */
6651                         goto unchanged;
6652                 }
6653                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6654                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6655         } else
6656                 pte_store(pte, newpte);
6657
6658 unchanged:
6659
6660 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6661         /*
6662          * If both the page table page and the reservation are fully
6663          * populated, then attempt promotion.
6664          */
6665         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6666             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6667             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6668             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6669                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6670 #endif
6671
6672         rv = KERN_SUCCESS;
6673 out:
6674         if (lock != NULL)
6675                 rw_wunlock(lock);
6676         PMAP_UNLOCK(pmap);
6677         return (rv);
6678 }
6679
6680 /*
6681  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6682  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6683  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6684  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6685  * PV entry.
6686  */
6687 static bool
6688 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6689     struct rwlock **lockp)
6690 {
6691         pd_entry_t newpde;
6692         pt_entry_t PG_V;
6693
6694         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6695         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6696         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6697             PG_PS | PG_V;
6698         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6699                 newpde |= PG_MANAGED;
6700         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6701                 newpde |= pg_nx;
6702         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6703                 newpde |= PG_U;
6704         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6705             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6706             KERN_SUCCESS);
6707 }
6708
6709 /*
6710  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6711  * zero.
6712  */
6713 static bool
6714 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6715 {
6716         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6717
6718         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6719         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6720         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6721                 if (*pte != 0)
6722                         return (false);
6723         }
6724         return (true);
6725 }
6726
6727 /*
6728  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6729  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6730  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6731  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6732  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6733  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6734  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6735  *
6736  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6737  */
6738 static int
6739 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6740     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6741 {
6742         struct spglist free;
6743         pd_entry_t oldpde, *pde;
6744         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6745         vm_page_t mt, pdpg;
6746
6747         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6748             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6749         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6750         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6751         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6752             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6753         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6754         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6755
6756         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6757             newpde))) {
6758                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6759                     " in pmap %p", va, pmap);
6760                 return (KERN_FAILURE);
6761         }
6762         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6763             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6764                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6765                     " in pmap %p", va, pmap);
6766                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6767         }
6768
6769         /*
6770          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6771          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6772          * it could sleep.
6773          */
6774         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6775                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6776                 return (KERN_FAILURE);
6777         }
6778         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6779                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6780                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6781         }
6782
6783         /*
6784          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6785          */
6786         oldpde = *pde;
6787         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6788                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6789                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6790                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6791                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6792                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6793                         if (pdpg != NULL)
6794                                 pdpg->ref_count--;
6795                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6796                             " in pmap %p", va, pmap);
6797                         return (KERN_FAILURE);
6798                 }
6799                 /* Break the existing mapping(s). */
6800                 SLIST_INIT(&free);
6801                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6802                         /*
6803                          * The reference to the PD page that was acquired by
6804                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6805                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6806                          * a reserved PT page could be freed.
6807                          */
6808                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6809                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6810                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6811                 } else {
6812                         pmap_delayed_invl_start();
6813                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6814                             lockp))
6815                                pmap_invalidate_all(pmap);
6816                         pmap_delayed_invl_finish();
6817                 }
6818                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6819                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6820                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6821                             pde));
6822                 } else {
6823                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6824                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6825
6826                         /*
6827                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6828                          * leave the kernel page table page zero filled.
6829                          */
6830                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6831                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6832                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6833                 }
6834         }
6835
6836         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6837                 /*
6838                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6839                  */
6840                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6841                         if (pdpg != NULL)
6842                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6843                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6844                             " in pmap %p", va, pmap);
6845                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6846                 }
6847                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6848                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6849                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6850                 }
6851         }
6852
6853         /*
6854          * Increment counters.
6855          */
6856         if ((newpde & PG_W) != 0)
6857                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6858         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6859
6860         /*
6861          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6862          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6863          */
6864         pde_store(pde, newpde);
6865
6866         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6867         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6868             va, pmap);
6869         return (KERN_SUCCESS);
6870 }
6871
6872 /*
6873  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6874  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6875  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6876  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6877  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6878  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6879  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6880  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6881  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6882  * corresponding offset from m_start are mapped.
6883  */
6884 void
6885 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6886     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6887 {
6888         struct rwlock *lock;
6889         vm_offset_t va;
6890         vm_page_t m, mpte;
6891         vm_pindex_t diff, psize;
6892
6893         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6894
6895         psize = atop(end - start);
6896         mpte = NULL;
6897         m = m_start;
6898         lock = NULL;
6899         PMAP_LOCK(pmap);
6900         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6901                 va = start + ptoa(diff);
6902                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6903                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6904                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6905                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6906                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6907                 else
6908                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6909                             mpte, &lock);
6910                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6911         }
6912         if (lock != NULL)
6913                 rw_wunlock(lock);
6914         PMAP_UNLOCK(pmap);
6915 }
6916
6917 /*
6918  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6919  * 1. Current pmap & pmap exists.
6920  * 2. Not wired.
6921  * 3. Read access.
6922  * 4. No page table pages.
6923  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6924  */
6925
6926 void
6927 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6928 {
6929         struct rwlock *lock;
6930
6931         lock = NULL;
6932         PMAP_LOCK(pmap);
6933         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6934         if (lock != NULL)
6935                 rw_wunlock(lock);
6936         PMAP_UNLOCK(pmap);
6937 }
6938
6939 static vm_page_t
6940 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6941     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6942 {
6943         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6944
6945         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6946             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6947             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6948         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6949         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6950
6951         /*
6952          * In the case that a page table page is not
6953          * resident, we are creating it here.
6954          */
6955         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6956                 vm_pindex_t ptepindex;
6957                 pd_entry_t *ptepa;
6958
6959                 /*
6960                  * Calculate pagetable page index
6961                  */
6962                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6963                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6964                         mpte->ref_count++;
6965                 } else {
6966                         /*
6967                          * Get the page directory entry
6968                          */
6969                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6970
6971                         /*
6972                          * If the page table page is mapped, we just increment
6973                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6974                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6975                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6976                          */
6977                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6978                                 if (*ptepa & PG_PS)
6979                                         return (NULL);
6980                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6981                                 mpte->ref_count++;
6982                         } else {
6983                                 /*
6984                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6985                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6986                                  */
6987                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL,
6988                                     va);
6989                                 if (mpte == NULL)
6990                                         return (mpte);
6991                         }
6992                 }
6993                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6994                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6995         } else {
6996                 mpte = NULL;
6997                 pte = vtopte(va);
6998         }
6999         if (*pte) {
7000                 if (mpte != NULL)
7001                         mpte->ref_count--;
7002                 return (NULL);
7003         }
7004
7005         /*
7006          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7007          */
7008         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7009             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7010                 if (mpte != NULL)
7011                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7012                 return (NULL);
7013         }
7014
7015         /*
7016          * Increment counters
7017          */
7018         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
7019
7020         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7021             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7022         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7023                 newpte |= PG_MANAGED;
7024         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7025                 newpte |= pg_nx;
7026         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7027                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7028         pte_store(pte, newpte);
7029         return (mpte);
7030 }
7031
7032 /*
7033  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7034  * to be used for panic dumps.
7035  */
7036 void *
7037 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7038 {
7039         vm_offset_t va;
7040
7041         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7042         pmap_kenter(va, pa);
7043         invlpg(va);
7044         return ((void *)crashdumpmap);
7045 }
7046
7047 /*
7048  * This code maps large physical mmap regions into the
7049  * processor address space.  Note that some shortcuts
7050  * are taken, but the code works.
7051  */
7052 void
7053 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7054     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7055 {
7056         pd_entry_t *pde;
7057         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7058         vm_paddr_t pa, ptepa;
7059         vm_page_t p, pdpg;
7060         int pat_mode;
7061
7062         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7063         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7064         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7065         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7066
7067         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7068         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7069             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7070         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7071                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7072                         return;
7073                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7074                         return;
7075                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7076                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7077                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7078                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7079
7080                 /*
7081                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7082                  * aligned to a 2MB page boundary.
7083                  */
7084                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7085                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7086                         return;
7087
7088                 /*
7089                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7090                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7091                  * memory attributes.
7092                  */
7093                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7094                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7095                     pa += PAGE_SIZE) {
7096                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7097                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7098                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7099                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7100                                 return;
7101                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7102                 }
7103
7104                 /*
7105                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7106                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7107                  * will not affect the termination of this loop.
7108                  */ 
7109                 PMAP_LOCK(pmap);
7110                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7111                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7112                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7113                         if (pde == NULL) {
7114                                 /*
7115                                  * The creation of mappings below is only an
7116                                  * optimization.  If a page directory page
7117                                  * cannot be allocated without blocking,
7118                                  * continue on to the next mapping rather than
7119                                  * blocking.
7120                                  */
7121                                 addr += NBPDR;
7122                                 continue;
7123                         }
7124                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7125                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7126                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7127                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7128                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7129                         } else {
7130                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7131                                 pdpg->ref_count--;
7132                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7133                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7134                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7135                         }
7136                         addr += NBPDR;
7137                 }
7138                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7139         }
7140 }
7141
7142 /*
7143  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7144  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7145  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7146  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7147  *
7148  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7149  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7150  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7151  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7152  *      function are not needed.
7153  */
7154 void
7155 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7156 {
7157         vm_offset_t va_next;
7158         pml4_entry_t *pml4e;
7159         pdp_entry_t *pdpe;
7160         pd_entry_t *pde;
7161         pt_entry_t *pte, PG_V;
7162
7163         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7164         PMAP_LOCK(pmap);
7165         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7166                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7167                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7168                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7169                         if (va_next < sva)
7170                                 va_next = eva;
7171                         continue;
7172                 }
7173                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7174                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7175                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7176                         if (va_next < sva)
7177                                 va_next = eva;
7178                         continue;
7179                 }
7180                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7181                 if (va_next < sva)
7182                         va_next = eva;
7183                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7184                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7185                         continue;
7186                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7187                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7188                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7189                                     (uintmax_t)*pde);
7190
7191                         /*
7192                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7193                          * demote the mapping and fall through.
7194                          */
7195                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7196                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7197                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7198                                     PAGE_SIZE;
7199                                 continue;
7200                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7201                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7202                 }
7203                 if (va_next > eva)
7204                         va_next = eva;
7205                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7206                     sva += PAGE_SIZE) {
7207                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7208                                 continue;
7209                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7210                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7211                                     (uintmax_t)*pte);
7212
7213                         /*
7214                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7215                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7216                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7217                          */
7218                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7219                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7220                 }
7221         }
7222         PMAP_UNLOCK(pmap);
7223 }
7224
7225 /*
7226  *      Copy the range specified by src_addr/len
7227  *      from the source map to the range dst_addr/len
7228  *      in the destination map.
7229  *
7230  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7231  */
7232 void
7233 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7234     vm_offset_t src_addr)
7235 {
7236         struct rwlock *lock;
7237         pml4_entry_t *pml4e;
7238         pdp_entry_t *pdpe;
7239         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7240         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7241         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7242         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7243
7244         if (dst_addr != src_addr)
7245                 return;
7246
7247         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7248                 return;
7249
7250         /*
7251          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7252          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7253          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7254          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7255          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7256          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7257          */
7258         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7259                 return;
7260
7261         end_addr = src_addr + len;
7262         lock = NULL;
7263         if (dst_pmap < src_pmap) {
7264                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7265                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7266         } else {
7267                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7268                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7269         }
7270
7271         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7272         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7273         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7274
7275         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7276                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7277                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7278
7279                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7280                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7281                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7282                         if (va_next < addr)
7283                                 va_next = end_addr;
7284                         continue;
7285                 }
7286
7287                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7288                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7289                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7290                         if (va_next < addr)
7291                                 va_next = end_addr;
7292                         continue;
7293                 }
7294
7295                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7296                 if (va_next < addr)
7297                         va_next = end_addr;
7298
7299                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7300                 srcptepaddr = *pde;
7301                 if (srcptepaddr == 0)
7302                         continue;
7303                         
7304                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7305                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7306                                 continue;
7307                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7308                         if (pde == NULL)
7309                                 break;
7310                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7311                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7312                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7313                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7314                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
7315                                     PAGE_SIZE);
7316                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7317                         } else
7318                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7319                         continue;
7320                 }
7321
7322                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7323                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7324                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7325                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7326
7327                 if (va_next > end_addr)
7328                         va_next = end_addr;
7329
7330                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7331                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7332                 dstmpte = NULL;
7333                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7334                         ptetemp = *src_pte;
7335
7336                         /*
7337                          * We only virtual copy managed pages.
7338                          */
7339                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7340                                 continue;
7341
7342                         if (dstmpte != NULL) {
7343                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7344                                     pmap_pde_pindex(addr),
7345                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7346                                 dstmpte->ref_count++;
7347                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7348                             NULL)) == NULL)
7349                                 goto out;
7350                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7351                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7352                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7353                         if (*dst_pte == 0 &&
7354                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7355                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7356                                 /*
7357                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7358                                  * (referenced) bits during the copy.
7359                                  */
7360                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7361                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
7362                         } else {
7363                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7364                                 goto out;
7365                         }
7366                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7367                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7368                                 break;
7369                 }
7370         }
7371 out:
7372         if (lock != NULL)
7373                 rw_wunlock(lock);
7374         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7375         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7376 }
7377
7378 int
7379 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7380 {
7381         int error;
7382
7383         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7384             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7385             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7386                 return (0);
7387         for (;;) {
7388                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7389                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7390                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7391                 } else {
7392                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7393                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7394                 }
7395                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7396                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7397                 if (error == ENOMEM)
7398                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7399                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7400                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7401                 if (error != ENOMEM)
7402                         break;
7403                 vm_wait(NULL);
7404         }
7405         return (error);
7406 }
7407
7408 /*
7409  * Zero the specified hardware page.
7410  */
7411 void
7412 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7413 {
7414         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7415
7416         pagezero((void *)va);
7417 }
7418
7419 /*
7420  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7421  * cover an area beyond a single hardware page.
7422  */
7423 void
7424 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7425 {
7426         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7427
7428         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7429                 pagezero((void *)va);
7430         else
7431                 bzero((char *)va + off, size);
7432 }
7433
7434 /*
7435  * Copy 1 specified hardware page to another.
7436  */
7437 void
7438 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7439 {
7440         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7441         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7442
7443         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7444 }
7445
7446 int unmapped_buf_allowed = 1;
7447
7448 void
7449 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7450     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7451 {
7452         void *a_cp, *b_cp;
7453         vm_page_t pages[2];
7454         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7455         int cnt;
7456         boolean_t mapped;
7457
7458         while (xfersize > 0) {
7459                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7460                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7461                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7462                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7463                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7464                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7465                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7466                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7467                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7468                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7469                 if (__predict_false(mapped))
7470                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7471                 a_offset += cnt;
7472                 b_offset += cnt;
7473                 xfersize -= cnt;
7474         }
7475 }
7476
7477 /*
7478  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7479  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7480  * be changed upwards or downwards in the future; it
7481  * is only necessary that true be returned for a small
7482  * subset of pmaps for proper page aging.
7483  */
7484 boolean_t
7485 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7486 {
7487         struct md_page *pvh;
7488         struct rwlock *lock;
7489         pv_entry_t pv;
7490         int loops = 0;
7491         boolean_t rv;
7492
7493         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7494             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7495         rv = FALSE;
7496         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7497         rw_rlock(lock);
7498         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7499                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7500                         rv = TRUE;
7501                         break;
7502                 }
7503                 loops++;
7504                 if (loops >= 16)
7505                         break;
7506         }
7507         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7508                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7509                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7510                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7511                                 rv = TRUE;
7512                                 break;
7513                         }
7514                         loops++;
7515                         if (loops >= 16)
7516                                 break;
7517                 }
7518         }
7519         rw_runlock(lock);
7520         return (rv);
7521 }
7522
7523 /*
7524  *      pmap_page_wired_mappings:
7525  *
7526  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7527  *      that are wired.
7528  */
7529 int
7530 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7531 {
7532         struct rwlock *lock;
7533         struct md_page *pvh;
7534         pmap_t pmap;
7535         pt_entry_t *pte;
7536         pv_entry_t pv;
7537         int count, md_gen, pvh_gen;
7538
7539         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7540                 return (0);
7541         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7542         rw_rlock(lock);
7543 restart:
7544         count = 0;
7545         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7546                 pmap = PV_PMAP(pv);
7547                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7548                         md_gen = m->md.pv_gen;
7549                         rw_runlock(lock);
7550                         PMAP_LOCK(pmap);
7551                         rw_rlock(lock);
7552                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7553                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7554                                 goto restart;
7555                         }
7556                 }
7557                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7558                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7559                         count++;
7560                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7561         }
7562         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7563                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7564                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7565                         pmap = PV_PMAP(pv);
7566                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7567                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7568                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7569                                 rw_runlock(lock);
7570                                 PMAP_LOCK(pmap);
7571                                 rw_rlock(lock);
7572                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7573                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7574                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7575                                         goto restart;
7576                                 }
7577                         }
7578                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7579                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7580                                 count++;
7581                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7582                 }
7583         }
7584         rw_runlock(lock);
7585         return (count);
7586 }
7587
7588 /*
7589  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7590  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7591  */
7592 boolean_t
7593 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7594 {
7595         struct rwlock *lock;
7596         boolean_t rv;
7597
7598         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7599                 return (FALSE);
7600         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7601         rw_rlock(lock);
7602         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7603             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7604             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7605         rw_runlock(lock);
7606         return (rv);
7607 }
7608
7609 /*
7610  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7611  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7612  * caller.
7613  *
7614  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7615  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7616  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7617  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7618  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7619  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7620  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7621  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7622  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7623  * this function starts.
7624  *
7625  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7626  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7627  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7628  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7629  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7630  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7631  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7632  * that eventual TLB invalidation.
7633  */
7634 void
7635 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7636 {
7637         pd_entry_t ptepde;
7638         pt_entry_t *pte, tpte;
7639         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7640         struct spglist free;
7641         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7642         vm_page_t m, mpte, mt;
7643         pv_entry_t pv;
7644         struct md_page *pvh;
7645         struct pv_chunk *pc, *npc;
7646         struct rwlock *lock;
7647         int64_t bit;
7648         uint64_t inuse, bitmask;
7649         int allfree, field, freed, i, idx;
7650         boolean_t superpage;
7651         vm_paddr_t pa;
7652
7653         /*
7654          * Assert that the given pmap is only active on the current
7655          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7656          * activating the pmap while this function is executing.
7657          */
7658         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7659 #ifdef INVARIANTS
7660         {
7661                 cpuset_t other_cpus;
7662
7663                 other_cpus = all_cpus;
7664                 critical_enter();
7665                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7666                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7667                 critical_exit();
7668                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7669         }
7670 #endif
7671
7672         lock = NULL;
7673         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7674         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7675         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7676
7677         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7678                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7679         SLIST_INIT(&free);
7680         PMAP_LOCK(pmap);
7681         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7682                 allfree = 1;
7683                 freed = 0;
7684                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7685                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7686                         while (inuse != 0) {
7687                                 bit = bsfq(inuse);
7688                                 bitmask = 1UL << bit;
7689                                 idx = field * 64 + bit;
7690                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7691                                 inuse &= ~bitmask;
7692
7693                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7694                                 ptepde = *pte;
7695                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7696                                 tpte = *pte;
7697                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7698                                         superpage = FALSE;
7699                                         ptepde = tpte;
7700                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7701                                             PG_FRAME);
7702                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7703                                         tpte = *pte;
7704                                 } else {
7705                                         /*
7706                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7707                                          * superpage explicitly instead of
7708                                          * relying on PG_PS being set.
7709                                          *
7710                                          * This is because PG_PS is numerically
7711                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7712                                          * regular page could be mistaken for
7713                                          * a superpage.
7714                                          */
7715                                         superpage = TRUE;
7716                                 }
7717
7718                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7719                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7720                                             pv->pv_va, tpte);
7721                                 }
7722
7723 /*
7724  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7725  */
7726                                 if (tpte & PG_W) {
7727                                         allfree = 0;
7728                                         continue;
7729                                 }
7730
7731                                 if (superpage)
7732                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7733                                 else
7734                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7735
7736                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7737                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7738                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7739                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7740                                     (uintmax_t)tpte));
7741
7742                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7743                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7744                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7745                                     (uintmax_t)tpte));
7746
7747                                 pte_clear(pte);
7748
7749                                 /*
7750                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7751                                  */
7752                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7753                                         if (superpage) {
7754                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7755                                                         vm_page_dirty(mt);
7756                                         } else
7757                                                 vm_page_dirty(m);
7758                                 }
7759
7760                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7761
7762                                 /* Mark free */
7763                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7764                                 if (superpage) {
7765                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7766                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7767                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7768                                         pvh->pv_gen++;
7769                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7770                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7771                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7772                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7773                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7774                                         }
7775                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7776                                         if (mpte != NULL) {
7777                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7778                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7779                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7780                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7781                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7782                                                 mpte->ref_count = 0;
7783                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7784                                         }
7785                                 } else {
7786                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7787                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7788                                         m->md.pv_gen++;
7789                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7790                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7791                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7792                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7793                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7794                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7795                                         }
7796                                 }
7797                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7798                                 freed++;
7799                         }
7800                 }
7801                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7802                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7803                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7804                 if (allfree) {
7805                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7806                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7807                 }
7808         }
7809         if (lock != NULL)
7810                 rw_wunlock(lock);
7811         pmap_invalidate_all(pmap);
7812         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7813         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7814         PMAP_UNLOCK(pmap);
7815         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7816 }
7817
7818 static boolean_t
7819 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7820 {
7821         struct rwlock *lock;
7822         pv_entry_t pv;
7823         struct md_page *pvh;
7824         pt_entry_t *pte, mask;
7825         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7826         pmap_t pmap;
7827         int md_gen, pvh_gen;
7828         boolean_t rv;
7829
7830         rv = FALSE;
7831         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7832         rw_rlock(lock);
7833 restart:
7834         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7835                 pmap = PV_PMAP(pv);
7836                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7837                         md_gen = m->md.pv_gen;
7838                         rw_runlock(lock);
7839                         PMAP_LOCK(pmap);
7840                         rw_rlock(lock);
7841                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7842                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7843                                 goto restart;
7844                         }
7845                 }
7846                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7847                 mask = 0;
7848                 if (modified) {
7849                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7850                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7851                         mask |= PG_RW | PG_M;
7852                 }
7853                 if (accessed) {
7854                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7855                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7856                         mask |= PG_V | PG_A;
7857                 }
7858                 rv = (*pte & mask) == mask;
7859                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7860                 if (rv)
7861                         goto out;
7862         }
7863         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7864                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7865                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7866                         pmap = PV_PMAP(pv);
7867                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7868                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7869                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7870                                 rw_runlock(lock);
7871                                 PMAP_LOCK(pmap);
7872                                 rw_rlock(lock);
7873                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7874                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7875                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7876                                         goto restart;
7877                                 }
7878                         }
7879                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7880                         mask = 0;
7881                         if (modified) {
7882                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7883                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7884                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7885                         }
7886                         if (accessed) {
7887                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7888                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7889                                 mask |= PG_V | PG_A;
7890                         }
7891                         rv = (*pte & mask) == mask;
7892                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7893                         if (rv)
7894                                 goto out;
7895                 }
7896         }
7897 out:
7898         rw_runlock(lock);
7899         return (rv);
7900 }
7901
7902 /*
7903  *      pmap_is_modified:
7904  *
7905  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7906  *      in any physical maps.
7907  */
7908 boolean_t
7909 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7910 {
7911
7912         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7913             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7914
7915         /*
7916          * If the page is not busied then this check is racy.
7917          */
7918         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7919                 return (FALSE);
7920         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7921 }
7922
7923 /*
7924  *      pmap_is_prefaultable:
7925  *
7926  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7927  *      for prefault.
7928  */
7929 boolean_t
7930 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7931 {
7932         pd_entry_t *pde;
7933         pt_entry_t *pte, PG_V;
7934         boolean_t rv;
7935
7936         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7937         rv = FALSE;
7938         PMAP_LOCK(pmap);
7939         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7940         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7941                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7942                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7943         }
7944         PMAP_UNLOCK(pmap);
7945         return (rv);
7946 }
7947
7948 /*
7949  *      pmap_is_referenced:
7950  *
7951  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7952  *      in any physical maps.
7953  */
7954 boolean_t
7955 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7956 {
7957
7958         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7959             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7960         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7961 }
7962
7963 /*
7964  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7965  */
7966 void
7967 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7968 {
7969         struct md_page *pvh;
7970         pmap_t pmap;
7971         struct rwlock *lock;
7972         pv_entry_t next_pv, pv;
7973         pd_entry_t *pde;
7974         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7975         vm_offset_t va;
7976         int pvh_gen, md_gen;
7977
7978         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7979             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7980
7981         vm_page_assert_busied(m);
7982         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7983                 return;
7984
7985         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7986         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7987             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7988 retry_pv_loop:
7989         rw_wlock(lock);
7990         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7991                 pmap = PV_PMAP(pv);
7992                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7993                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7994                         rw_wunlock(lock);
7995                         PMAP_LOCK(pmap);
7996                         rw_wlock(lock);
7997                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7998                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7999                                 rw_wunlock(lock);
8000                                 goto retry_pv_loop;
8001                         }
8002                 }
8003                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8004                 va = pv->pv_va;
8005                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8006                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8007                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8008                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8009                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8010                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8011                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8012         }
8013         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8014                 pmap = PV_PMAP(pv);
8015                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8016                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8017                         md_gen = m->md.pv_gen;
8018                         rw_wunlock(lock);
8019                         PMAP_LOCK(pmap);
8020                         rw_wlock(lock);
8021                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8022                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8023                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8024                                 rw_wunlock(lock);
8025                                 goto retry_pv_loop;
8026                         }
8027                 }
8028                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8029                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8030                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8031                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8032                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8033                     m));
8034                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8035 retry:
8036                 oldpte = *pte;
8037                 if (oldpte & PG_RW) {
8038                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
8039                             ~(PG_RW | PG_M)))
8040                                 goto retry;
8041                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8042                                 vm_page_dirty(m);
8043                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8044                 }
8045                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8046         }
8047         rw_wunlock(lock);
8048         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8049         pmap_delayed_invl_wait(m);
8050 }
8051
8052 static __inline boolean_t
8053 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8054 {
8055
8056         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8057                 return (TRUE);
8058
8059         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8060
8061         /*
8062          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8063          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8064          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8065          */
8066         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8067                 return (FALSE);
8068
8069         /*
8070          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8071          */
8072         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8073             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8074                 return (TRUE);
8075         else
8076                 return (FALSE);
8077 }
8078
8079 /*
8080  *      pmap_ts_referenced:
8081  *
8082  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8083  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8084  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8085  *      reference bits set.
8086  *
8087  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8088  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8089  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8090  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8091  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8092  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8093  *      to pmap_is_modified().
8094  *
8095  *      A DI block is not needed within this function, because
8096  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8097  *      released.
8098  */
8099 int
8100 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8101 {
8102         struct md_page *pvh;
8103         pv_entry_t pv, pvf;
8104         pmap_t pmap;
8105         struct rwlock *lock;
8106         pd_entry_t oldpde, *pde;
8107         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8108         vm_offset_t va;
8109         vm_paddr_t pa;
8110         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8111         struct spglist free;
8112         boolean_t demoted;
8113
8114         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8115             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8116         SLIST_INIT(&free);
8117         cleared = 0;
8118         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8119         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8120         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8121         rw_wlock(lock);
8122 retry:
8123         not_cleared = 0;
8124         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8125                 goto small_mappings;
8126         pv = pvf;
8127         do {
8128                 if (pvf == NULL)
8129                         pvf = pv;
8130                 pmap = PV_PMAP(pv);
8131                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8132                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8133                         rw_wunlock(lock);
8134                         PMAP_LOCK(pmap);
8135                         rw_wlock(lock);
8136                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8137                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8138                                 goto retry;
8139                         }
8140                 }
8141                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8142                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8143                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8144                 va = pv->pv_va;
8145                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8146                 oldpde = *pde;
8147                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8148                         /*
8149                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8150                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8151                          * we only update the 4KB page under test.
8152                          */
8153                         vm_page_dirty(m);
8154                 }
8155                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8156                         /*
8157                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8158                          * pages, it should not be cleared every time it is
8159                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8160                          * physical page number, the virtual superpage number,
8161                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8162                          * the 512 on which testing the reference bit will
8163                          * result in clearing that reference bit.  This
8164                          * function is designed to avoid the selection of the
8165                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8166                          *
8167                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8168                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8169                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8170                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8171                          * since the superpage is wired, the current state of
8172                          * its reference bit won't affect page replacement.
8173                          */
8174                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8175                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8176                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8177                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8178                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8179                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8180                                         demoted = FALSE;
8181                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8182                                     pv->pv_va, &lock)) {
8183                                         /*
8184                                          * Remove the mapping to a single page
8185                                          * so that a subsequent access may
8186                                          * repromote.  Since the underlying
8187                                          * page table page is fully populated,
8188                                          * this removal never frees a page
8189                                          * table page.
8190                                          */
8191                                         demoted = TRUE;
8192                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8193                                             PG_PS_FRAME);
8194                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8195                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8196                                             NULL, &lock);
8197                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8198                                 } else
8199                                         demoted = TRUE;
8200
8201                                 if (demoted) {
8202                                         /*
8203                                          * The superpage mapping was removed
8204                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8205                                          * longer valid.
8206                                          */
8207                                         if (pvf == pv)
8208                                                 pvf = NULL;
8209                                         pv = NULL;
8210                                 }
8211                                 cleared++;
8212                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8213                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8214                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8215                         } else
8216                                 not_cleared++;
8217                 }
8218                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8219                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8220                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8221                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8222                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8223                         pvh->pv_gen++;
8224                 }
8225                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8226                         goto out;
8227         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8228 small_mappings:
8229         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8230                 goto out;
8231         pv = pvf;
8232         do {
8233                 if (pvf == NULL)
8234                         pvf = pv;
8235                 pmap = PV_PMAP(pv);
8236                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8237                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8238                         md_gen = m->md.pv_gen;
8239                         rw_wunlock(lock);
8240                         PMAP_LOCK(pmap);
8241                         rw_wlock(lock);
8242                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8243                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8244                                 goto retry;
8245                         }
8246                 }
8247                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8248                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8249                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8250                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8251                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8252                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8253                     m));
8254                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8255                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8256                         vm_page_dirty(m);
8257                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8258                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8259                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8260                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8261                                 cleared++;
8262                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8263                                 /*
8264                                  * Wired pages cannot be paged out so
8265                                  * doing accessed bit emulation for
8266                                  * them is wasted effort. We do the
8267                                  * hard work for unwired pages only.
8268                                  */
8269                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8270                                     *pde, &free, &lock);
8271                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8272                                 cleared++;
8273                                 if (pvf == pv)
8274                                         pvf = NULL;
8275                                 pv = NULL;
8276                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8277                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8278                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8279                         } else
8280                                 not_cleared++;
8281                 }
8282                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8283                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8284                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8285                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8286                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8287                         m->md.pv_gen++;
8288                 }
8289         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8290             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8291 out:
8292         rw_wunlock(lock);
8293         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8294         return (cleared + not_cleared);
8295 }
8296
8297 /*
8298  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8299  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8300  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8301  */
8302 void
8303 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8304 {
8305         struct rwlock *lock;
8306         pml4_entry_t *pml4e;
8307         pdp_entry_t *pdpe;
8308         pd_entry_t oldpde, *pde;
8309         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8310         vm_offset_t va, va_next;
8311         vm_page_t m;
8312         bool anychanged;
8313
8314         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8315                 return;
8316
8317         /*
8318          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8319          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8320          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8321          * A/D bit emulation.
8322          */
8323         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8324                 return;
8325
8326         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8327         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8328         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8329         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8330         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8331         anychanged = false;
8332         pmap_delayed_invl_start();
8333         PMAP_LOCK(pmap);
8334         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8335                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8336                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
8337                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8338                         if (va_next < sva)
8339                                 va_next = eva;
8340                         continue;
8341                 }
8342                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8343                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
8344                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8345                         if (va_next < sva)
8346                                 va_next = eva;
8347                         continue;
8348                 }
8349                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8350                 if (va_next < sva)
8351                         va_next = eva;
8352                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8353                 oldpde = *pde;
8354                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8355                         continue;
8356                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8357                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8358                                 continue;
8359                         lock = NULL;
8360                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8361                                 if (lock != NULL)
8362                                         rw_wunlock(lock);
8363
8364                                 /*
8365                                  * The large page mapping was destroyed.
8366                                  */
8367                                 continue;
8368                         }
8369
8370                         /*
8371                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8372                          * mapping to a single page so that a subsequent
8373                          * access may repromote.  Choosing the last page
8374                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8375                          * generally results in more repromotions.  Since the
8376                          * underlying page table page is fully populated, this
8377                          * removal never frees a page table page.
8378                          */
8379                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8380                                 va = eva;
8381                                 if (va > va_next)
8382                                         va = va_next;
8383                                 va -= PAGE_SIZE;
8384                                 KASSERT(va >= sva,
8385                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8386                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8387                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8388                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8389                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8390                                     &lock);
8391                                 anychanged = true;
8392                         }
8393                         if (lock != NULL)
8394                                 rw_wunlock(lock);
8395                 }
8396                 if (va_next > eva)
8397                         va_next = eva;
8398                 va = va_next;
8399                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8400                     sva += PAGE_SIZE) {
8401                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8402                                 goto maybe_invlrng;
8403                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8404                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8405                                         /*
8406                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8407                                          * can be avoided by making the page
8408                                          * dirty now.
8409                                          */
8410                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8411                                         vm_page_dirty(m);
8412                                 }
8413                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8414                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8415                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8416                         else
8417                                 goto maybe_invlrng;
8418
8419                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8420                                 if (va == va_next)
8421                                         va = sva;
8422                         } else
8423                                 anychanged = true;
8424                         continue;
8425 maybe_invlrng:
8426                         if (va != va_next) {
8427                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8428                                 va = va_next;
8429                         }
8430                 }
8431                 if (va != va_next)
8432                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8433         }
8434         if (anychanged)
8435                 pmap_invalidate_all(pmap);
8436         PMAP_UNLOCK(pmap);
8437         pmap_delayed_invl_finish();
8438 }
8439
8440 /*
8441  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8442  */
8443 void
8444 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8445 {
8446         struct md_page *pvh;
8447         pmap_t pmap;
8448         pv_entry_t next_pv, pv;
8449         pd_entry_t oldpde, *pde;
8450         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8451         struct rwlock *lock;
8452         vm_offset_t va;
8453         int md_gen, pvh_gen;
8454
8455         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8456             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8457         vm_page_assert_busied(m);
8458
8459         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8460                 return;
8461         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8462             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8463         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8464         rw_wlock(lock);
8465 restart:
8466         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8467                 pmap = PV_PMAP(pv);
8468                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8469                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8470                         rw_wunlock(lock);
8471                         PMAP_LOCK(pmap);
8472                         rw_wlock(lock);
8473                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8474                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8475                                 goto restart;
8476                         }
8477                 }
8478                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8479                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8480                 va = pv->pv_va;
8481                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8482                 oldpde = *pde;
8483                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8484                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8485                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8486                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8487                         /*
8488                          * Write protect the mapping to a single page so that
8489                          * a subsequent write access may repromote.
8490                          */
8491                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8492                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8493                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8494                         vm_page_dirty(m);
8495                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8496                 }
8497                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8498         }
8499         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8500                 pmap = PV_PMAP(pv);
8501                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8502                         md_gen = m->md.pv_gen;
8503                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8504                         rw_wunlock(lock);
8505                         PMAP_LOCK(pmap);
8506                         rw_wlock(lock);
8507                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8508                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8509                                 goto restart;
8510                         }
8511                 }
8512                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8513                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8514                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8515                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8516                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8517                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8518                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8519                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8520                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8521                 }
8522                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8523         }
8524         rw_wunlock(lock);
8525 }
8526
8527 /*
8528  * Miscellaneous support routines follow
8529  */
8530
8531 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8532 static __inline void
8533 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8534 {
8535         u_long opte, npte;
8536
8537         opte = *(u_long *)pte;
8538         do {
8539                 npte = opte & ~mask;
8540                 npte |= bits;
8541         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8542             npte));
8543 }
8544
8545 /*
8546  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8547  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8548  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8549  * NOT real memory.
8550  */
8551 static void *
8552 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8553 {
8554         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8555         vm_offset_t va, offset;
8556         vm_size_t tmpsize;
8557         int i;
8558
8559         offset = pa & PAGE_MASK;
8560         size = round_page(offset + size);
8561         pa = trunc_page(pa);
8562
8563         if (!pmap_initialized) {
8564                 va = 0;
8565                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8566                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8567                         if (ppim->va == 0) {
8568                                 ppim->pa = pa;
8569                                 ppim->sz = size;
8570                                 ppim->mode = mode;
8571                                 ppim->va = virtual_avail;
8572                                 virtual_avail += size;
8573                                 va = ppim->va;
8574                                 break;
8575                         }
8576                 }
8577                 if (va == 0)
8578                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8579         } else {
8580                 /*
8581                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8582                  */
8583                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8584                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8585                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8586                             (ppim->mode == mode ||
8587                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8588                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8589                 }
8590                 /*
8591                  * If the specified range of physical addresses fits within
8592                  * the direct map window, use the direct map.
8593                  */
8594                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8595                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8596                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8597                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8598                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8599                                     PROT_NONE, mode, flags);
8600                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8601                         } else
8602                                 i = 0;
8603                         if (!i)
8604                                 return ((void *)(va + offset));
8605                 }
8606                 va = kva_alloc(size);
8607                 if (va == 0)
8608                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8609         }
8610         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8611                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8612         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8613         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8614                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8615         return ((void *)(va + offset));
8616 }
8617
8618 void *
8619 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8620 {
8621
8622         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8623             MAPDEV_SETATTR));
8624 }
8625
8626 void *
8627 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8628 {
8629
8630         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8631 }
8632
8633 void *
8634 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8635 {
8636
8637         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8638             MAPDEV_SETATTR));
8639 }
8640
8641 void *
8642 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8643 {
8644
8645         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8646             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8647 }
8648
8649 void
8650 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8651 {
8652         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8653         vm_offset_t offset;
8654         int i;
8655
8656         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8657         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8658                 return;
8659         offset = va & PAGE_MASK;
8660         size = round_page(offset + size);
8661         va = trunc_page(va);
8662         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8663                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8664                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8665                         if (pmap_initialized)
8666                                 return;
8667                         ppim->pa = 0;
8668                         ppim->va = 0;
8669                         ppim->sz = 0;
8670                         ppim->mode = 0;
8671                         if (va + size == virtual_avail)
8672                                 virtual_avail = va;
8673                         return;
8674                 }
8675         }
8676         if (pmap_initialized) {
8677                 pmap_qremove(va, atop(size));
8678                 kva_free(va, size);
8679         }
8680 }
8681
8682 /*
8683  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8684  */
8685 static boolean_t
8686 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8687 {
8688         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8689         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8690         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8691         vm_paddr_t pdpgpa;
8692         vm_page_t pdpg;
8693
8694         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8695         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8696         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8697         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8698
8699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8700         oldpdpe = *pdpe;
8701         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8702             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8703         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8704             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8705                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8706                     " in pmap %p", va, pmap);
8707                 return (FALSE);
8708         }
8709         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8710         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8711         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8712         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8713             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8714         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8715             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8716         newpde = oldpdpe;
8717
8718         /*
8719          * Initialize the page directory page.
8720          */
8721         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8722                 *pde = newpde;
8723                 newpde += NBPDR;
8724         }
8725
8726         /*
8727          * Demote the mapping.
8728          */
8729         *pdpe = newpdpe;
8730
8731         /*
8732          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8733          */
8734         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8735
8736         pmap_pdpe_demotions++;
8737         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8738             " in pmap %p", va, pmap);
8739         return (TRUE);
8740 }
8741
8742 /*
8743  * Sets the memory attribute for the specified page.
8744  */
8745 void
8746 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8747 {
8748
8749         m->md.pat_mode = ma;
8750
8751         /*
8752          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8753          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8754          * required for data coherence.
8755          */
8756         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8757             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8758             m->md.pat_mode))
8759                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8760 }
8761
8762 /*
8763  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8764  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8765  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8766  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8767  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8768  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8769  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8770  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8771  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8772  * same physical page have different memory types.
8773  *
8774  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8775  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8776  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8777  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8778  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8779  * virtual address range or the direct map.
8780  */
8781 int
8782 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8783 {
8784         int error;
8785
8786         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8787         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8788             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8789         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8790         return (error);
8791 }
8792
8793 /*
8794  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8795  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8796  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8797  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8798  * map are never executable.
8799  */
8800 int
8801 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8802 {
8803         int error;
8804
8805         /* Only supported within the kernel map. */
8806         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8807                 return (EINVAL);
8808
8809         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8810         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8811             MAPDEV_ASSERTVALID);
8812         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8813         return (error);
8814 }
8815
8816 static int
8817 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8818     int mode, int flags)
8819 {
8820         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8821         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8822         pdp_entry_t *pdpe;
8823         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8824         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8825         int error;
8826         bool changed;
8827
8828         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8829         base = trunc_page(va);
8830         offset = va & PAGE_MASK;
8831         size = round_page(offset + size);
8832
8833         /*
8834          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8835          * map but excluding the recursive map.
8836          */
8837         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8838                 return (EINVAL);
8839
8840         /*
8841          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8842          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8843          *
8844          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8845          */
8846         pde_bits = pte_bits = 0;
8847         pde_mask = pte_mask = 0;
8848         if (mode != -1) {
8849                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8850                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8851                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8852                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8853         }
8854         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8855                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8856                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8857                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8858                 }
8859                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8860                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8861                         pde_bits |= pg_nx;
8862                         pte_bits |= pg_nx;
8863                 }
8864                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8865                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8866         }
8867
8868         /*
8869          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8870          * into 4KB pages if required.
8871          */
8872         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8873                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8874                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8875                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8876                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8877                         return (EINVAL);
8878                 }
8879                 if (*pdpe & PG_PS) {
8880                         /*
8881                          * If the current 1GB page already has the required
8882                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8883                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8884                          */
8885                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8886                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8887                                 continue;
8888                         }
8889
8890                         /*
8891                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8892                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8893                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8894                          */
8895                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8896                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8897                                 tmpva += NBPDP;
8898                                 continue;
8899                         }
8900                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8901                                 return (ENOMEM);
8902                 }
8903                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8904                 if (*pde == 0) {
8905                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8906                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8907                         return (EINVAL);
8908                 }
8909                 if (*pde & PG_PS) {
8910                         /*
8911                          * If the current 2MB page already has the required
8912                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8913                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8914                          */
8915                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8916                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8917                                 continue;
8918                         }
8919
8920                         /*
8921                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8922                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8923                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8924                          */
8925                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8926                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8927                                 tmpva += NBPDR;
8928                                 continue;
8929                         }
8930                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8931                                 return (ENOMEM);
8932                 }
8933                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8934                 if (*pte == 0) {
8935                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8936                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8937                         return (EINVAL);
8938                 }
8939                 tmpva += PAGE_SIZE;
8940         }
8941         error = 0;
8942
8943         /*
8944          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8945          * properties if required.
8946          */
8947         changed = false;
8948         pa_start = pa_end = 0;
8949         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8950                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8951                 if (*pdpe & PG_PS) {
8952                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8953                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8954                                 changed = true;
8955                         }
8956                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8957                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8958                                 if (pa_start == pa_end) {
8959                                         /* Start physical address run. */
8960                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8961                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8962                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8963                                         pa_end += NBPDP;
8964                                 else {
8965                                         /* Run ended, update direct map. */
8966                                         error = pmap_change_props_locked(
8967                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8968                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8969                                             flags);
8970                                         if (error != 0)
8971                                                 break;
8972                                         /* Start physical address run. */
8973                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8974                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8975                                 }
8976                         }
8977                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8978                         continue;
8979                 }
8980                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8981                 if (*pde & PG_PS) {
8982                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8983                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8984                                 changed = true;
8985                         }
8986                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8987                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8988                                 if (pa_start == pa_end) {
8989                                         /* Start physical address run. */
8990                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8991                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8992                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8993                                         pa_end += NBPDR;
8994                                 else {
8995                                         /* Run ended, update direct map. */
8996                                         error = pmap_change_props_locked(
8997                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8998                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8999                                             flags);
9000                                         if (error != 0)
9001                                                 break;
9002                                         /* Start physical address run. */
9003                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9004                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9005                                 }
9006                         }
9007                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9008                 } else {
9009                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9010                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9011                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9012                                 changed = true;
9013                         }
9014                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9015                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9016                                 if (pa_start == pa_end) {
9017                                         /* Start physical address run. */
9018                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9019                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9020                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9021                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9022                                 else {
9023                                         /* Run ended, update direct map. */
9024                                         error = pmap_change_props_locked(
9025                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9026                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9027                                             flags);
9028                                         if (error != 0)
9029                                                 break;
9030                                         /* Start physical address run. */
9031                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9032                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9033                                 }
9034                         }
9035                         tmpva += PAGE_SIZE;
9036                 }
9037         }
9038         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9039                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9040                 if (pa_start != pa_end1)
9041                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9042                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9043         }
9044
9045         /*
9046          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9047          * shouldn't be, etc.
9048          */
9049         if (changed) {
9050                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9051                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9052                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9053         }
9054         return (error);
9055 }
9056
9057 /*
9058  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9059  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9060  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9061  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9062  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9063  */
9064 void
9065 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9066 {
9067         pdp_entry_t *pdpe;
9068         pd_entry_t *pde;
9069         vm_offset_t va;
9070         boolean_t changed;
9071
9072         if (len == 0)
9073                 return;
9074         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9075         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9076             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9077         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9078                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9079                 changed = FALSE;
9080                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9081                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9082                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9083                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9084                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9085                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9086                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9087                         changed = TRUE;
9088                 }
9089                 if (len < NBPDR) {
9090                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9091                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9092                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9093                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9094                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9095                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9096                                 changed = TRUE;
9097                         }
9098                 }
9099                 if (changed && invalidate)
9100                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9101                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9102         }
9103 }
9104
9105 /*
9106  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9107  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9108  * find other mappings.
9109  */
9110 int
9111 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9112 {
9113         pd_entry_t *pdep;
9114         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9115         vm_paddr_t pa;
9116         int val;
9117
9118         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9119         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9120         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9121         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9122
9123         PMAP_LOCK(pmap);
9124         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9125         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
9126                 if (*pdep & PG_PS) {
9127                         pte = *pdep;
9128                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9129                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
9130                             PG_FRAME;
9131                         val = MINCORE_SUPER;
9132                 } else {
9133                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9134                         pa = pte & PG_FRAME;
9135                         val = 0;
9136                 }
9137         } else {
9138                 pte = 0;
9139                 pa = 0;
9140                 val = 0;
9141         }
9142         if ((pte & PG_V) != 0) {
9143                 val |= MINCORE_INCORE;
9144                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9145                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9146                 if ((pte & PG_A) != 0)
9147                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9148         }
9149         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9150             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9151             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9152                 *pap = pa;
9153         }
9154         PMAP_UNLOCK(pmap);
9155         return (val);
9156 }
9157
9158 static uint64_t
9159 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9160 {
9161         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9162
9163         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9164         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9165         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9166                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9167         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9168                 return (CR3_PCID_SAVE);
9169         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9170         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9171             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9172             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9173         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9174             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9175                 new_gen = gen + 1;
9176                 if (new_gen == 0)
9177                         new_gen = 1;
9178                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9179                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9180         } else {
9181                 new_gen = gen;
9182         }
9183         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9184         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9185         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9186         return (0);
9187 }
9188
9189 static uint64_t
9190 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9191 {
9192         uint64_t cached;
9193
9194         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9195         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9196             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9197             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9198         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9199             pmap == kernel_pmap,
9200             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9201             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9202         return (cached);
9203 }
9204
9205 static void
9206 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9207 {
9208
9209         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9210             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9211 }
9212
9213 static void
9214 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9215 {
9216         pmap_t old_pmap;
9217         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9218
9219         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9220             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9221
9222         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9223         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9224                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9225                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9226                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9227                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9228         }
9229
9230         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9231         cr3 = rcr3();
9232         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9233                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9234         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9235         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9236         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9237             PMAP_PCID_USER_PT;
9238
9239         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9240                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9241
9242         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9243         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9244         if (cached)
9245                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9246
9247         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9248 }
9249
9250 static void
9251 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9252     u_int cpuid)
9253 {
9254         uint64_t cached, cr3;
9255
9256         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9257             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9258
9259         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9260         cr3 = rcr3();
9261         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9262                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9263                     cached);
9264         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9265         if (cached)
9266                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9267 }
9268
9269 static void
9270 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9271     u_int cpuid __unused)
9272 {
9273
9274         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9275         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9276 }
9277
9278 static void
9279 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9280     u_int cpuid __unused)
9281 {
9282
9283         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9284         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9285         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9286         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9287 }
9288
9289 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9290     u_int))
9291 {
9292
9293         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9294                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9295         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9296                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9297         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9298                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9299         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9300                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9301 }
9302
9303 void
9304 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9305 {
9306         pmap_t oldpmap, pmap;
9307         u_int cpuid;
9308
9309         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9310         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9311         if (oldpmap == pmap) {
9312                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9313                         mfence();
9314                 return;
9315         }
9316         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9317 #ifdef SMP
9318         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9319 #else
9320         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9321 #endif
9322         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9323 #ifdef SMP
9324         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9325 #else
9326         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9327 #endif
9328 }
9329
9330 void
9331 pmap_activate(struct thread *td)
9332 {
9333         /*
9334          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9335          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9336          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9337          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9338          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9339          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9340          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9341          * stale TLB entries.
9342          *
9343          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9344          * a context switch, is immune to this race, because
9345          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9346          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9347          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9348          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9349          */
9350         spinlock_enter();
9351         pmap_activate_sw(td);
9352         spinlock_exit();
9353 }
9354
9355 void
9356 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9357 {
9358         uint64_t kcr3;
9359         u_int cpuid;
9360
9361         /*
9362          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9363          * by never activating it at all.
9364          */
9365         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9366
9367         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9368 #ifdef SMP
9369         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9370 #else
9371         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9372 #endif
9373         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9374         if (pti) {
9375                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9376                 if (pmap_pcid_enabled)
9377                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9378         } else {
9379                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9380         }
9381         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9382         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9383 }
9384
9385 void
9386 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9387 {
9388 }
9389
9390 /*
9391  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9392  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9393  */
9394 void
9395 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9396     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9397 {
9398         vm_offset_t superpage_offset;
9399
9400         if (size < NBPDR)
9401                 return;
9402         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9403                 offset += ptoa(object->pg_color);
9404         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9405         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9406             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9407                 return;
9408         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9409                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9410         else
9411                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9412 }
9413
9414 #ifdef INVARIANTS
9415 static unsigned long num_dirty_emulations;
9416 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9417              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9418
9419 static unsigned long num_accessed_emulations;
9420 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9421              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9422
9423 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9424 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9425              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9426
9427 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9428 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9429              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9430 #endif  /* INVARIANTS */
9431
9432 int
9433 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9434 {
9435         int rv;
9436         struct rwlock *lock;
9437 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9438         vm_page_t m, mpte;
9439 #endif
9440         pd_entry_t *pde;
9441         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9442
9443         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9444             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9445
9446         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9447                 return (-1);
9448
9449         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9450         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9451         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9452         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9453
9454         rv = -1;
9455         lock = NULL;
9456         PMAP_LOCK(pmap);
9457
9458         pde = pmap_pde(pmap, va);
9459         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9460                 goto done;
9461
9462         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9463                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9464 #ifdef INVARIANTS
9465                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9466 #endif
9467                         *pde |= PG_A;
9468                         rv = 0;
9469                 }
9470                 goto done;
9471         }
9472
9473         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9474         if ((*pte & PG_V) == 0)
9475                 goto done;
9476
9477         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9478                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9479                         goto done;
9480                 /*
9481                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9482                  *
9483                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9484                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9485                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9486                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9487                  * and PG_M simultaneously.
9488                  */
9489                 *pte |= PG_M | PG_A;
9490         } else {
9491                 *pte |= PG_A;
9492         }
9493
9494 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9495         /* try to promote the mapping */
9496         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9497                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9498         else
9499                 mpte = NULL;
9500
9501         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9502
9503         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9504             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9505             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9506             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9507                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9508 #ifdef INVARIANTS
9509                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9510 #endif
9511         }
9512 #endif
9513
9514 #ifdef INVARIANTS
9515         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9516                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9517         else
9518                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9519 #endif
9520         rv = 0;         /* success */
9521 done:
9522         if (lock != NULL)
9523                 rw_wunlock(lock);
9524         PMAP_UNLOCK(pmap);
9525         return (rv);
9526 }
9527
9528 void
9529 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9530 {
9531         pml4_entry_t *pml4;
9532         pdp_entry_t *pdp;
9533         pd_entry_t *pde;
9534         pt_entry_t *pte, PG_V;
9535         int idx;
9536
9537         idx = 0;
9538         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9539         PMAP_LOCK(pmap);
9540
9541         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9542         ptr[idx++] = *pml4;
9543         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9544                 goto done;
9545
9546         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9547         ptr[idx++] = *pdp;
9548         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9549                 goto done;
9550
9551         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9552         ptr[idx++] = *pde;
9553         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9554                 goto done;
9555
9556         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9557         ptr[idx++] = *pte;
9558
9559 done:
9560         PMAP_UNLOCK(pmap);
9561         *num = idx;
9562 }
9563
9564 /**
9565  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9566  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9567  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9568  *
9569  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9570  *                    address on the kernel memory map.
9571  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9572  *                    of the pages passed in the page parameter.
9573  * \param count       Number of pages passed in.
9574  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9575  *                    page faults, FALSE otherwise.
9576  *
9577  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9578  *          finished or FALSE otherwise.
9579  *
9580  */
9581 boolean_t
9582 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9583     boolean_t can_fault)
9584 {
9585         vm_paddr_t paddr;
9586         boolean_t needs_mapping;
9587         pt_entry_t *pte;
9588         int cache_bits, error __unused, i;
9589
9590         /*
9591          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9592          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9593          */
9594         needs_mapping = FALSE;
9595         for (i = 0; i < count; i++) {
9596                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9597                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9598                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9599                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9600                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9601                         needs_mapping = TRUE;
9602                 } else {
9603                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9604                 }
9605         }
9606
9607         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9608         if (!needs_mapping)
9609                 return (FALSE);
9610
9611         /*
9612          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9613          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9614          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9615          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9616          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9617          * after modifying the PTE bits is crucial.
9618          */
9619         if (!can_fault)
9620                 sched_pin();
9621         for (i = 0; i < count; i++) {
9622                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9623                 if (paddr >= dmaplimit) {
9624                         if (can_fault) {
9625                                 /*
9626                                  * Slow path, since we can get page faults
9627                                  * while mappings are active don't pin the
9628                                  * thread to the CPU and instead add a global
9629                                  * mapping visible to all CPUs.
9630                                  */
9631                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9632                         } else {
9633                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9634                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9635                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9636                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9637                                     cache_bits);
9638                                 invlpg(vaddr[i]);
9639                         }
9640                 }
9641         }
9642
9643         return (needs_mapping);
9644 }
9645
9646 void
9647 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9648     boolean_t can_fault)
9649 {
9650         vm_paddr_t paddr;
9651         int i;
9652
9653         if (!can_fault)
9654                 sched_unpin();
9655         for (i = 0; i < count; i++) {
9656                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9657                 if (paddr >= dmaplimit) {
9658                         if (can_fault)
9659                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9660                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9661                 }
9662         }
9663 }
9664
9665 vm_offset_t
9666 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9667 {
9668         vm_paddr_t paddr;
9669
9670         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9671         if (paddr < dmaplimit)
9672                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9673         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9674         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9675         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9676             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9677         return (qframe);
9678 }
9679
9680 void
9681 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9682 {
9683
9684         if (addr != qframe)
9685                 return;
9686         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9687         invlpg(qframe);
9688         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9689 }
9690
9691 /*
9692  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9693  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9694  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9695  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9696  * each allocated pmap.
9697  *
9698  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9699  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9700  * represents the number of valid entries within the page.
9701  */
9702 static vm_page_t
9703 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9704 {
9705         vm_page_t m;
9706
9707         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9708             VM_ALLOC_ZERO);
9709         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9710                 pmap_zero_page(m);
9711         return (m);
9712 }
9713
9714 static vm_page_t
9715 pmap_large_map_getptp(void)
9716 {
9717         vm_page_t m;
9718
9719         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9720         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9721         if (m == NULL) {
9722                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9723                 vm_wait(NULL);
9724                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9725                 /* Callers retry. */
9726         }
9727         return (m);
9728 }
9729
9730 static pdp_entry_t *
9731 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9732 {
9733         vm_pindex_t pml4_idx;
9734         vm_paddr_t mphys;
9735
9736         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9737         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9738             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9739             "%#jx lm_ents %d",
9740             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9741         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9742             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9743             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9744             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9745         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9746         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9747 }
9748
9749 static pd_entry_t *
9750 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9751 {
9752         pdp_entry_t *pdpe;
9753         vm_page_t m;
9754         vm_paddr_t mphys;
9755
9756 retry:
9757         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9758         if (*pdpe == 0) {
9759                 m = pmap_large_map_getptp();
9760                 if (m == NULL)
9761                         goto retry;
9762                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9763                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9764         } else {
9765                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9766                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9767         }
9768         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9769 }
9770
9771 static pt_entry_t *
9772 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9773 {
9774         pd_entry_t *pde;
9775         vm_page_t m;
9776         vm_paddr_t mphys;
9777
9778 retry:
9779         pde = pmap_large_map_pde(va);
9780         if (*pde == 0) {
9781                 m = pmap_large_map_getptp();
9782                 if (m == NULL)
9783                         goto retry;
9784                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9785                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9786                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9787         } else {
9788                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9789                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9790         }
9791         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9792 }
9793
9794 static vm_paddr_t
9795 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9796 {
9797         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9798         pd_entry_t *pde, pd;
9799         pt_entry_t *pte, pt;
9800
9801         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9802             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9803         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9804         pdp = *pdpe;
9805         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9806             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9807             (u_long)pdpe, pdp));
9808         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9809                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9810                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9811                     (u_long)pdpe, pdp));
9812                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9813         }
9814         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9815         pd = *pde;
9816         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9817             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9818         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9819                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9820         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9821         pt = *pte;
9822         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9823             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9824         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9825 }
9826
9827 static int
9828 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9829     vmem_addr_t *vmem_res)
9830 {
9831
9832         /*
9833          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9834          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9835          * freed.
9836          */
9837         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9838             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9839 }
9840
9841 int
9842 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9843     vm_memattr_t mattr)
9844 {
9845         pdp_entry_t *pdpe;
9846         pd_entry_t *pde;
9847         pt_entry_t *pte;
9848         vm_offset_t va, inc;
9849         vmem_addr_t vmem_res;
9850         vm_paddr_t pa;
9851         int error;
9852
9853         if (len == 0 || spa + len < spa)
9854                 return (EINVAL);
9855
9856         /* See if DMAP can serve. */
9857         if (spa + len <= dmaplimit) {
9858                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9859                 *addr = (void *)va;
9860                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9861         }
9862
9863         /*
9864          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9865          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9866          * failed.
9867          */
9868         error = ENOMEM;
9869         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9870             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9871                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9872                     &vmem_res);
9873         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9874             NBPDR) + NBPDR)
9875                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9876                     &vmem_res);
9877         if (error != 0)
9878                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9879         if (error != 0)
9880                 return (error);
9881
9882         /*
9883          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9884          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9885          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9886          */
9887         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9888         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9889             len -= inc) {
9890                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9891                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9892                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9893                         MPASS(*pdpe == 0);
9894                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9895                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9896                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9897                         inc = NBPDP;
9898                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9899                     (va & PDRMASK) == 0) {
9900                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9901                         MPASS(*pde == 0);
9902                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9903                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9904                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9905                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9906                             ref_count++;
9907                         inc = NBPDR;
9908                 } else {
9909                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9910                         MPASS(*pte == 0);
9911                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9912                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9913                             mattr, FALSE);
9914                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9915                             ref_count++;
9916                         inc = PAGE_SIZE;
9917                 }
9918         }
9919         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9920         MPASS(len == 0);
9921
9922         *addr = (void *)vmem_res;
9923         return (0);
9924 }
9925
9926 void
9927 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9928 {
9929         vm_offset_t sva, va;
9930         vm_size_t inc;
9931         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9932         pd_entry_t *pde, pd;
9933         pt_entry_t *pte;
9934         vm_page_t m;
9935         struct spglist spgf;
9936
9937         sva = (vm_offset_t)svaa;
9938         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9939             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9940                 return;
9941
9942         SLIST_INIT(&spgf);
9943         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9944             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9945             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9946         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9947         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9948                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9949                 pdp = *pdpe;
9950                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9951                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9952                     (u_long)pdpe, pdp));
9953                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9954                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9955                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9956                             (u_long)pdpe, pdp));
9957                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9958                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9959                             (u_long)pdpe, pdp));
9960                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9961                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9962                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9963                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9964                         *pdpe = 0;
9965                         inc = NBPDP;
9966                         continue;
9967                 }
9968                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9969                 pd = *pde;
9970                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9971                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9972                     (u_long)pde, pd));
9973                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9974                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9975                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9976                             (u_long)pde, pd));
9977                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9978                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9979                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9980                             pd, len));
9981                         pde_store(pde, 0);
9982                         inc = NBPDR;
9983                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9984                         m->ref_count--;
9985                         if (m->ref_count == 0) {
9986                                 *pdpe = 0;
9987                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9988                         }
9989                         continue;
9990                 }
9991                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9992                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9993                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9994                     (u_long)pte, *pte));
9995                 pte_clear(pte);
9996                 inc = PAGE_SIZE;
9997                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9998                 m->ref_count--;
9999                 if (m->ref_count == 0) {
10000                         *pde = 0;
10001                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10002                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10003                         m->ref_count--;
10004                         if (m->ref_count == 0) {
10005                                 *pdpe = 0;
10006                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10007                         }
10008                 }
10009         }
10010         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10011         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10012         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10013         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10014 }
10015
10016 static void
10017 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10018 {
10019
10020         mfence();
10021 }
10022
10023 static void
10024 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10025 {
10026
10027         atomic_thread_fence_seq_cst();
10028 }
10029
10030 static void
10031 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10032 {
10033 }
10034
10035 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10036 {
10037
10038         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10039                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10040         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10041             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10042                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10043         else
10044                 /* clflush is strongly enough ordered */
10045                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10046 }
10047
10048 static void
10049 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10050 {
10051
10052         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10053             va += cpu_clflush_line_size)
10054                 clwb(va);
10055 }
10056
10057 static void
10058 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10059 {
10060
10061         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10062             va += cpu_clflush_line_size)
10063                 clflushopt(va);
10064 }
10065
10066 static void
10067 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10068 {
10069
10070         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10071             va += cpu_clflush_line_size)
10072                 clflush(va);
10073 }
10074
10075 static void
10076 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10077 {
10078 }
10079
10080 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10081 {
10082
10083         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10084                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10085         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10086                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10087         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10088                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10089         else
10090                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10091 }
10092
10093 static void
10094 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10095 {
10096         volatile u_long *pe;
10097         u_long p;
10098         vm_offset_t va;
10099         vm_size_t inc;
10100         bool seen_other;
10101
10102         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10103                 inc = 0;
10104                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10105                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10106                         p = *pe;
10107                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10108                                 inc = NBPDP;
10109                 }
10110                 if (inc == 0) {
10111                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10112                         p = *pe;
10113                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10114                                 inc = NBPDR;
10115                 }
10116                 if (inc == 0) {
10117                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10118                         p = *pe;
10119                         inc = PAGE_SIZE;
10120                 }
10121                 seen_other = false;
10122                 for (;;) {
10123                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10124                                 /*
10125                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10126                                  * write-back.
10127                                  */
10128                                 cpu_spinwait();
10129                                 p = *pe;
10130
10131                                 /*
10132                                  * If we saw other write-back
10133                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10134                                  * indicate state of the cache.  The
10135                                  * PG_M bit is cleared before the
10136                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10137                                  * and writes which are relevant for
10138                                  * us might happen after.
10139                                  */
10140                                 seen_other = true;
10141                                 continue;
10142                         }
10143
10144                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10145                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10146                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10147                                         /*
10148                                          * If we saw PG_M without
10149                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10150                                          * next attempt we do not
10151                                          * observe either PG_M or
10152                                          * PG_AVAIL1, the other
10153                                          * write-back started after us
10154                                          * and finished before us.  We
10155                                          * can rely on it doing our
10156                                          * work.
10157                                          */
10158                                         continue;
10159                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10160                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10161                         }
10162                         break;
10163                 }
10164                 maybe_yield();
10165         }
10166 }
10167
10168 /*
10169  * Write-back cache lines for the given address range.
10170  *
10171  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10172  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10173  *
10174  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10175  * instructions support.
10176  */
10177 void
10178 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10179 {
10180         vm_offset_t eva, sva;
10181
10182         sva = (vm_offset_t)svap;
10183         eva = sva + len;
10184         pmap_large_map_wb_fence();
10185         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10186                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10187         } else {
10188                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10189                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10190                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10191                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10192         }
10193         pmap_large_map_wb_fence();
10194 }
10195
10196 static vm_page_t
10197 pmap_pti_alloc_page(void)
10198 {
10199         vm_page_t m;
10200
10201         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10202         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10203             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10204         return (m);
10205 }
10206
10207 static bool
10208 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10209 {
10210
10211         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10212         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10213                 return (false);
10214         vm_page_free_zero(m);
10215         return (true);
10216 }
10217
10218 static void
10219 pmap_pti_init(void)
10220 {
10221         vm_page_t pml4_pg;
10222         pdp_entry_t *pdpe;
10223         vm_offset_t va;
10224         int i;
10225
10226         if (!pti)
10227                 return;
10228         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10229         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10230         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10231         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10232         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10233             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10234                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10235                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10236         }
10237         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10238             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10239         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10240             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10241         CPU_FOREACH(i) {
10242                 /* Doublefault stack IST 1 */
10243                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
10244                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10245                 /* NMI stack IST 2 */
10246                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10247                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10248                 /* MC# stack IST 3 */
10249                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10250                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10251                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10252                 /* DB# stack IST 4 */
10253                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10254                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10255         }
10256         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10257             (vm_offset_t)etext, true);
10258         pti_finalized = true;
10259         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10260 }
10261 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10262
10263 static pdp_entry_t *
10264 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10265 {
10266         pml4_entry_t *pml4e;
10267         pdp_entry_t *pdpe;
10268         vm_page_t m;
10269         vm_pindex_t pml4_idx;
10270         vm_paddr_t mphys;
10271
10272         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10273
10274         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10275         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10276         m = NULL;
10277         if (*pml4e == 0) {
10278                 if (pti_finalized)
10279                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10280                 m = pmap_pti_alloc_page();
10281                 if (*pml4e != 0) {
10282                         pmap_pti_free_page(m);
10283                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10284                 } else {
10285                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10286                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10287                 }
10288         } else {
10289                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10290         }
10291         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10292         return (pdpe);
10293 }
10294
10295 static void
10296 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10297 {
10298         vm_page_t m;
10299
10300         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10301         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10302         m->ref_count++;
10303 }
10304
10305 static void
10306 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10307 {
10308         vm_page_t m;
10309
10310         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10311         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10312         MPASS(m->ref_count > 0);
10313         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10314         pmap_pti_free_page(m);
10315 }
10316
10317 static void
10318 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10319 {
10320         vm_page_t m;
10321         pd_entry_t *pde;
10322
10323         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10324         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10325         MPASS(m->ref_count > 0);
10326         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10327                 pde = pmap_pti_pde(va);
10328                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10329                 *pde = 0;
10330                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10331         }
10332 }
10333
10334 static pd_entry_t *
10335 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10336 {
10337         pdp_entry_t *pdpe;
10338         pd_entry_t *pde;
10339         vm_page_t m;
10340         vm_pindex_t pd_idx;
10341         vm_paddr_t mphys;
10342
10343         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10344
10345         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10346         if (*pdpe == 0) {
10347                 m = pmap_pti_alloc_page();
10348                 if (*pdpe != 0) {
10349                         pmap_pti_free_page(m);
10350                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10351                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10352                 } else {
10353                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10354                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10355                 }
10356         } else {
10357                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10358                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10359         }
10360
10361         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10362         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10363         pde += pd_idx;
10364         return (pde);
10365 }
10366
10367 static pt_entry_t *
10368 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10369 {
10370         pd_entry_t *pde;
10371         pt_entry_t *pte;
10372         vm_page_t m;
10373         vm_paddr_t mphys;
10374
10375         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10376
10377         pde = pmap_pti_pde(va);
10378         if (unwire_pde != NULL) {
10379                 *unwire_pde = true;
10380                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10381         }
10382         if (*pde == 0) {
10383                 m = pmap_pti_alloc_page();
10384                 if (*pde != 0) {
10385                         pmap_pti_free_page(m);
10386                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10387                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10388                 } else {
10389                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10390                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10391                         if (unwire_pde != NULL)
10392                                 *unwire_pde = false;
10393                 }
10394         } else {
10395                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10396                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10397         }
10398
10399         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10400         pte += pmap_pte_index(va);
10401
10402         return (pte);
10403 }
10404
10405 static void
10406 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10407 {
10408         vm_paddr_t pa;
10409         pd_entry_t *pde;
10410         pt_entry_t *pte, ptev;
10411         bool unwire_pde;
10412
10413         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10414
10415         sva = trunc_page(sva);
10416         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10417         eva = round_page(eva);
10418         MPASS(sva < eva);
10419         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10420                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10421                 pa = pmap_kextract(sva);
10422                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10423                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10424                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10425                 if (*pte == 0) {
10426                         pte_store(pte, ptev);
10427                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10428                 } else {
10429                         KASSERT(!pti_finalized,
10430                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10431                             sva, *pte, ptev));
10432                         KASSERT(*pte == ptev,
10433                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10434                             sva, *pte, ptev));
10435                 }
10436                 if (unwire_pde) {
10437                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10438                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10439                 }
10440         }
10441 }
10442
10443 void
10444 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10445 {
10446
10447         if (!pti)
10448                 return;
10449         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10450         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10451         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10452 }
10453
10454 void
10455 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10456 {
10457         pt_entry_t *pte;
10458         vm_offset_t va;
10459
10460         if (!pti)
10461                 return;
10462         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10463         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10464         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10465         MPASS(sva < eva);
10466         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10467         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10468                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10469                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10470                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10471                     (u_long)pte, *pte));
10472                 pte_clear(pte);
10473                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10474         }
10475         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10476         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10477 }
10478
10479 static void *
10480 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10481 {
10482         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10483
10484         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10485         if (new_node == NULL)
10486                 return (NULL);
10487         node = data;
10488         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10489         return (new_node);
10490 }
10491
10492 static void
10493 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10494 {
10495
10496         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10497 }
10498
10499 static int
10500 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10501     int flags)
10502 {
10503         struct pmap_pkru_range *ppr;
10504         int error;
10505
10506         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10507         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10508         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10509         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10510             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10511                 return (EBUSY);
10512         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10513         if (ppr == NULL)
10514                 return (ENOMEM);
10515         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10516         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10517         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10518         if (error != 0)
10519                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10520         return (error);
10521 }
10522
10523 static int
10524 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10525 {
10526
10527         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10528         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10529         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10530         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10531 }
10532
10533 static void
10534 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10535 {
10536
10537         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10538         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10539             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10540                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10541 }
10542
10543 static bool
10544 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10545 {
10546         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10547         vm_offset_t va;
10548
10549         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10550         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10551             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10552             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10553                 return (true);
10554         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10555         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10556                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10557                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10558                         return (false);
10559                 if (ppr == NULL) {
10560                         va += PAGE_SIZE;
10561                         continue;
10562                 }
10563                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10564                         return (false);
10565                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10566         }
10567         return (true);
10568 }
10569
10570 static pt_entry_t
10571 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10572 {
10573         struct pmap_pkru_range *ppr;
10574
10575         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10576         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10577             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10578             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10579                 return (0);
10580         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10581         if (ppr != NULL)
10582                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10583         return (0);
10584 }
10585
10586 static bool
10587 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10588 {
10589         struct pmap_pkru_range *ppr;
10590
10591         ppr = r;
10592         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10593 }
10594
10595 static void
10596 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10597 {
10598
10599         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10600         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10601             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10602                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10603                     pred_pkru_on_remove);
10604         }
10605 }
10606
10607 static int
10608 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10609 {
10610
10611         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10612         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10613         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10614         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10615         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10616         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10617                 return (0);
10618         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10619 }
10620
10621 static void
10622 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10623     u_int keyidx)
10624 {
10625         pml4_entry_t *pml4e;
10626         pdp_entry_t *pdpe;
10627         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10628         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10629         vm_offset_t va, va_next;
10630         bool changed;
10631
10632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10633         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10634         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10635
10636         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10637                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10638                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10639                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10640                         if (va_next < va)
10641                                 va_next = eva;
10642                         continue;
10643                 }
10644
10645                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10646                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10647                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10648                         if (va_next < va)
10649                                 va_next = eva;
10650                         continue;
10651                 }
10652
10653                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10654                 if (va_next < va)
10655                         va_next = eva;
10656
10657                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10658                 ptpaddr = *pde;
10659                 if (ptpaddr == 0)
10660                         continue;
10661
10662                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10663                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10664                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10665                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10666                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10667                                 if (newpde != ptpaddr) {
10668                                         *pde = newpde;
10669                                         changed = true;
10670                                 }
10671                                 continue;
10672                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10673                                 continue;
10674                         }
10675                 }
10676
10677                 if (va_next > eva)
10678                         va_next = eva;
10679
10680                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10681                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10682                         pte = *ptep;
10683                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10684                                 continue;
10685                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10686                         if (newpte != pte) {
10687                                 *ptep = newpte;
10688                                 changed = true;
10689                         }
10690                 }
10691         }
10692         if (changed)
10693                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10694 }
10695
10696 static int
10697 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10698     u_int keyidx, int flags)
10699 {
10700
10701         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10702             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10703                 return (EINVAL);
10704         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10705                 return (EFAULT);
10706         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10707                 return (ENOTSUP);
10708         return (0);
10709 }
10710
10711 int
10712 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10713     int flags)
10714 {
10715         int error;
10716
10717         sva = trunc_page(sva);
10718         eva = round_page(eva);
10719         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10720         if (error != 0)
10721                 return (error);
10722         for (;;) {
10723                 PMAP_LOCK(pmap);
10724                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10725                 if (error == 0)
10726                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10727                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10728                 if (error != ENOMEM)
10729                         break;
10730                 vm_wait(NULL);
10731         }
10732         return (error);
10733 }
10734
10735 int
10736 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10737 {
10738         int error;
10739
10740         sva = trunc_page(sva);
10741         eva = round_page(eva);
10742         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10743         if (error != 0)
10744                 return (error);
10745         for (;;) {
10746                 PMAP_LOCK(pmap);
10747                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10748                 if (error == 0)
10749                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10750                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10751                 if (error != ENOMEM)
10752                         break;
10753                 vm_wait(NULL);
10754         }
10755         return (error);
10756 }
10757
10758 /*
10759  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10760  * in various mapping attributes.
10761  */
10762 struct pmap_kernel_map_range {
10763         vm_offset_t sva;
10764         pt_entry_t attrs;
10765         int ptes;
10766         int pdes;
10767         int pdpes;
10768 };
10769
10770 static void
10771 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10772     vm_offset_t eva)
10773 {
10774         const char *mode;
10775         int i, pat_idx;
10776
10777         if (eva <= range->sva)
10778                 return;
10779
10780         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10781         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10782                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10783                         break;
10784
10785         switch (i) {
10786         case PAT_WRITE_BACK:
10787                 mode = "WB";
10788                 break;
10789         case PAT_WRITE_THROUGH:
10790                 mode = "WT";
10791                 break;
10792         case PAT_UNCACHEABLE:
10793                 mode = "UC";
10794                 break;
10795         case PAT_UNCACHED:
10796                 mode = "U-";
10797                 break;
10798         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10799                 mode = "WP";
10800                 break;
10801         case PAT_WRITE_COMBINING:
10802                 mode = "WC";
10803                 break;
10804         default:
10805                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10806                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10807                 mode = "??";
10808                 break;
10809         }
10810
10811         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10812             range->sva, eva,
10813             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10814             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10815             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10816             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10817             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10818
10819         /* Reset to sentinel value. */
10820         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10821             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10822             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10823 }
10824
10825 /*
10826  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10827  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10828  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10829  */
10830 static bool
10831 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10832 {
10833         pt_entry_t diff, mask;
10834
10835         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10836         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10837         if (diff == 0)
10838                 return (true);
10839         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10840             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10841             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10842                 return (true);
10843         return (false);
10844 }
10845
10846 static void
10847 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10848     pt_entry_t attrs)
10849 {
10850
10851         memset(range, 0, sizeof(*range));
10852         range->sva = va;
10853         range->attrs = attrs;
10854 }
10855
10856 /*
10857  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10858  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10859  * begin a new run.
10860  */
10861 static void
10862 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10863     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10864     pt_entry_t pte)
10865 {
10866         pt_entry_t attrs;
10867
10868         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10869
10870         attrs |= pdpe & pg_nx;
10871         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10872         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10873                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10874         } else if (pde != 0) {
10875                 attrs |= pde & pg_nx;
10876                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10877         }
10878         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10879                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10880         } else if (pte != 0) {
10881                 attrs |= pte & pg_nx;
10882                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10883                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10884
10885                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10886                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10887                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10888         }
10889
10890         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10891                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10892                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10893         }
10894 }
10895
10896 static int
10897 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10898 {
10899         struct pmap_kernel_map_range range;
10900         struct sbuf sbuf, *sb;
10901         pml4_entry_t pml4e;
10902         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10903         pd_entry_t *pd, pde;
10904         pt_entry_t *pt, pte;
10905         vm_offset_t sva;
10906         vm_paddr_t pa;
10907         int error, i, j, k, l;
10908
10909         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10910         if (error != 0)
10911                 return (error);
10912         sb = &sbuf;
10913         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10914
10915         /* Sentinel value. */
10916         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10917             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10918             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10919
10920         /*
10921          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10922          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10923          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10924          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10925          * valid before descending.
10926          */
10927         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10928                 switch (i) {
10929                 case PML4PML4I:
10930                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10931                         break;
10932                 case DMPML4I:
10933                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10934                         break;
10935                 case KPML4BASE:
10936                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10937                         break;
10938                 case LMSPML4I:
10939                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10940                         break;
10941                 }
10942
10943                 /* Convert to canonical form. */
10944                 if (sva == 1ul << 47)
10945                         sva |= -1ul << 48;
10946
10947 restart:
10948                 pml4e = kernel_pml4[i];
10949                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10950                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10951                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10952                         sva += NBPML4;
10953                         continue;
10954                 }
10955                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10956                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10957
10958                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10959                         pdpe = pdp[j];
10960                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10961                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10962                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10963                                 sva += NBPDP;
10964                                 continue;
10965                         }
10966                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10967                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10968                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10969                                 goto restart;
10970                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10971                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10972                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10973                                     0, 0);
10974                                 range.pdpes++;
10975                                 sva += NBPDP;
10976                                 continue;
10977                         }
10978                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10979
10980                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10981                                 pde = pd[k];
10982                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10983                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10984                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10985                                         sva += NBPDR;
10986                                         continue;
10987                                 }
10988                                 pa = pde & PG_FRAME;
10989                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10990                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10991                                         goto restart;
10992                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10993                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10994                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10995                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10996                                         range.pdes++;
10997                                         sva += NBPDR;
10998                                         continue;
10999                                 }
11000                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11001
11002                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11003                                     sva += PAGE_SIZE) {
11004                                         pte = pt[l];
11005                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11006                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11007                                                     sva);
11008                                                 continue;
11009                                         }
11010                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11011                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11012                                         range.ptes++;
11013                                 }
11014                         }
11015                 }
11016         }
11017
11018         error = sbuf_finish(sb);
11019         sbuf_delete(sb);
11020         return (error);
11021 }
11022 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11023     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
11024     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11025     "Dump kernel address layout");
11026
11027 #ifdef DDB
11028 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11029 {
11030         pmap_t pmap;
11031         pml5_entry_t *pml5;
11032         pml4_entry_t *pml4;
11033         pdp_entry_t *pdp;
11034         pd_entry_t *pde;
11035         pt_entry_t *pte, PG_V;
11036         vm_offset_t va;
11037
11038         if (!have_addr) {
11039                 db_printf("show pte addr\n");
11040                 return;
11041         }
11042         va = (vm_offset_t)addr;
11043
11044         if (kdb_thread != NULL)
11045                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11046         else
11047                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11048
11049         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11050         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11051
11052         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11053                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11054                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11055                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11056                         db_printf("\n");
11057                         return;
11058                 }
11059                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11060         } else {
11061                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11062         }
11063         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11064         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11065                 db_printf("\n");
11066                 return;
11067         }
11068         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11069         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11070         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11071                 db_printf("\n");
11072                 return;
11073         }
11074         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11075         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11076         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11077                 db_printf("\n");
11078                 return;
11079         }
11080         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11081         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11082 }
11083
11084 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11085 {
11086         vm_paddr_t a;
11087
11088         if (have_addr) {
11089                 a = (vm_paddr_t)addr;
11090                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11091         } else {
11092                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11093         }
11094 }
11095
11096 static void
11097 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11098 {
11099         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11100             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11101 }
11102
11103 static void
11104 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11105 {
11106         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11107 }
11108
11109 static void
11110 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11111 {
11112         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11113         pml4_entry_t *pml4;
11114         pdp_entry_t *pdp;
11115         pd_entry_t *pd;
11116         int i4, i3, i2;
11117
11118         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11119         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11120                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11121                         continue;
11122                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11123                 if (pg3 == NULL) {
11124                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11125                         continue;
11126                 }
11127                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11128                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11129                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11130                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11131                                 continue;
11132                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11133                         if (pg3 == NULL) {
11134                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11135                                 continue;
11136                         }
11137                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11138                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11139                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11140                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11141                                         continue;
11142                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11143                                 if (pg1 == NULL) {
11144                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11145                                         continue;
11146                                 }
11147                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11148                         }
11149                 }
11150         }
11151 }
11152
11153 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11154 {
11155         pmap_t pmap;
11156         vm_page_t pg;
11157         pml5_entry_t *pml5;
11158         uint64_t PG_V;
11159         int i5;
11160
11161         if (have_addr)
11162                 pmap = (pmap_t)addr;
11163         else
11164                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11165
11166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11167
11168         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11169                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11170                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11171                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11172                                 continue;
11173                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11174                         if (pg == NULL) {
11175                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11176                                 continue;
11177                         }
11178                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11179                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11180                 }
11181         } else {
11182                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11183                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11184         }
11185 }
11186 #endif