]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
Add routines for ARM System MMU (SMMU) pmap management.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
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 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
154 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
155
156 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
159 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
160
161 #define NUL0E           L0_ENTRIES
162 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
163 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
182 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
183 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
184
185 static struct md_page *
186 pa_to_pvh(vm_paddr_t pa)
187 {
188         struct vm_phys_seg *seg;
189         int segind;
190
191         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
192                 seg = &vm_phys_segs[segind];
193                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
194                         return ((struct md_page *)seg->md_first +
195                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
196         }
197         panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
198 }
199
200 static struct md_page *
201 page_to_pvh(vm_page_t m)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204
205         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
206         return ((struct md_page *)seg->md_first +
207             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
208 }
209
210 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
211
212 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
213                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
214
215 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
216         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
217         struct rwlock *_new_lock;                       \
218                                                         \
219         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
220         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
221                 if (*_lockp != NULL)                    \
222                         rw_wunlock(*_lockp);            \
223                 *_lockp = _new_lock;                    \
224                 rw_wlock(*_lockp);                      \
225         }                                               \
226 } while (0)
227
228 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
229                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
230
231 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
232         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
233                                                         \
234         if (*_lockp != NULL) {                          \
235                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
236                 *_lockp = NULL;                         \
237         }                                               \
238 } while (0)
239
240 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
241                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
242
243 /*
244  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
245  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
246  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
247  *
248  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
249  * as a software managed bit.
250  */
251 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
252
253 struct pmap kernel_pmap_store;
254
255 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
256 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
257 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
258 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
259 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
260
261 /*
262  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
263  * Always map entire L2 block for simplicity.
264  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
265  */
266 static struct pmap_preinit_mapping {
267         vm_paddr_t      pa;
268         vm_offset_t     va;
269         vm_size_t       size;
270 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
271
272 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
273 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
274 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
275
276 /*
277  * Data for the pv entry allocation mechanism.
278  */
279 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
280 static struct mtx pv_chunks_mutex;
281 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
282 static struct md_page *pv_table;
283 static struct md_page pv_dummy;
284
285 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
286 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
287 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
288
289 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
290 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
291 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
292
293 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
294 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
295
296 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
297 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
298 static u_int physmap_idx;
299
300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
301     "VM/pmap parameters");
302
303 /*
304  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
305  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
306  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
307  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
308  * ASIDs that are not currently active on a processor.
309  *
310  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
311  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
312  * below.
313  */
314 struct asid_set {
315         int asid_bits;
316         bitstr_t *asid_set;
317         int asid_set_size;
318         int asid_next;
319         int asid_epoch;
320         struct mtx asid_set_mutex;
321 };
322
323 static struct asid_set asids;
324 static struct asid_set vmids;
325
326 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
327     "ASID allocator");
328 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
329     "The number of bits in an ASID");
330 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
331     "The last allocated ASID plus one");
332 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
333     "The current epoch number");
334
335 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
336 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
337     "The number of bits in an VMID");
338 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
339     "The last allocated VMID plus one");
340 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
341     "The current epoch number");
342
343 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
344 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
345
346 /*
347  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
348  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
349  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
350  *
351  * An invalid ASID is represented by -1.
352  *
353  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
354  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
355  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
356  * allocated when the pmap is next activated.
357  */
358 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
359                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
360 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
361 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
362
363 static int superpages_enabled = 1;
364 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
365     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
366     "Are large page mappings enabled?");
367
368 /*
369  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
370  */
371 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
372 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
373
374 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
375 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
376 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
377 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
378 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
379 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
380                     vm_offset_t va);
381
382 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
383 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
384 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
385 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
386 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
387 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
388     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
389 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
390 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
391     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
392 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
393     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
394 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
395     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
396 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
397     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
398 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
399 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
400     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
401
402 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
403                 struct rwlock **lockp);
404
405 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
406     struct spglist *free);
407 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
408 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
409
410 /*
411  * These load the old table data and store the new value.
412  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
413  * the same time as the CPU.
414  */
415 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
416 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
417 #define pmap_load(table)                (*table)
418 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
419 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
420 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
421 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
422
423 /********************/
424 /* Inline functions */
425 /********************/
426
427 static __inline void
428 pagecopy(void *s, void *d)
429 {
430
431         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
432 }
433
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437
438         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
439 }
440
441 static __inline pd_entry_t *
442 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
443 {
444         pd_entry_t *l1;
445
446         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
447         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
448 }
449
450 static __inline pd_entry_t *
451 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
452 {
453         pd_entry_t *l0;
454
455         l0 = pmap_l0(pmap, va);
456         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
457                 return (NULL);
458
459         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
460 }
461
462 static __inline pd_entry_t *
463 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
464 {
465         pd_entry_t l1, *l2p;
466
467         l1 = pmap_load(l1p);
468
469         /*
470          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
471          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
472          */
473         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
474             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
475         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
476             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
477         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
478         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
479 }
480
481 static __inline pd_entry_t *
482 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
483 {
484         pd_entry_t *l1;
485
486         l1 = pmap_l1(pmap, va);
487         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
488                 return (NULL);
489
490         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
491 }
492
493 static __inline pt_entry_t *
494 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
495 {
496         pd_entry_t l2;
497         pt_entry_t *l3p;
498
499         l2 = pmap_load(l2p);
500
501         /*
502          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
503          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
504          */
505         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
506             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
507         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
508             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
509         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
510         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
511 }
512
513 /*
514  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
515  * The next level may or may not point to a valid page or block.
516  */
517 static __inline pd_entry_t *
518 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
519 {
520         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
521
522         l0 = pmap_l0(pmap, va);
523         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
524         if (desc != L0_TABLE) {
525                 *level = -1;
526                 return (NULL);
527         }
528
529         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
530         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
531         if (desc != L1_TABLE) {
532                 *level = 0;
533                 return (l0);
534         }
535
536         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
537         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
538         if (desc != L2_TABLE) {
539                 *level = 1;
540                 return (l1);
541         }
542
543         *level = 2;
544         return (l2);
545 }
546
547 /*
548  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
549  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
550  * the first invalid level.
551  */
552 static __inline pt_entry_t *
553 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
554 {
555         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
556         pt_entry_t *l3;
557
558         l1 = pmap_l1(pmap, va);
559         if (l1 == NULL) {
560                 *level = 0;
561                 return (NULL);
562         }
563         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
564         if (desc == L1_BLOCK) {
565                 *level = 1;
566                 return (l1);
567         }
568
569         if (desc != L1_TABLE) {
570                 *level = 1;
571                 return (NULL);
572         }
573
574         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
575         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
576         if (desc == L2_BLOCK) {
577                 *level = 2;
578                 return (l2);
579         }
580
581         if (desc != L2_TABLE) {
582                 *level = 2;
583                 return (NULL);
584         }
585
586         *level = 3;
587         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
588         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
589                 return (NULL);
590
591         return (l3);
592 }
593
594 bool
595 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
596 {
597
598         return (superpages_enabled != 0);
599 }
600
601 bool
602 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
603     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
604 {
605         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
606
607         if (pmap->pm_l0 == NULL)
608                 return (false);
609
610         l0p = pmap_l0(pmap, va);
611         *l0 = l0p;
612
613         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
614                 return (false);
615
616         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
617         *l1 = l1p;
618
619         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
620                 *l2 = NULL;
621                 *l3 = NULL;
622                 return (true);
623         }
624
625         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
626                 return (false);
627
628         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
629         *l2 = l2p;
630
631         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
632                 *l3 = NULL;
633                 return (true);
634         }
635
636         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
637                 return (false);
638
639         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
640
641         return (true);
642 }
643
644 static __inline int
645 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
646 {
647
648         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
649 }
650
651 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
652
653 static pt_entry_t
654 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
655 {
656         pt_entry_t val;
657
658         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
659                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
660                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
661                         val |= ATTR_S1_XN;
662                 return (val);
663         }
664
665         val = 0;
666
667         switch (memattr) {
668         case VM_MEMATTR_DEVICE:
669                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
670                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
671         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
672                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
673         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
674                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
675         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
676                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
677         default:
678                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
679         }
680 }
681
682 static pt_entry_t
683 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
684 {
685         pt_entry_t val;
686
687         val = 0;
688         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
689                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
690                         val |= ATTR_S1_XN;
691                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
692                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
693         } else {
694                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
695                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
696                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
697                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
698                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
699                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
700         }
701
702         return (val);
703 }
704
705 /*
706  * Checks if the PTE is dirty.
707  */
708 static inline int
709 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
710 {
711
712         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
713
714         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
715                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
716                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
717
718                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
719                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
720         }
721
722         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
723             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
724 }
725
726 static __inline void
727 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
728 {
729
730         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
731         pmap->pm_stats.resident_count += count;
732 }
733
734 static __inline void
735 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
736 {
737
738         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
739         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
740             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
741             pmap->pm_stats.resident_count, count));
742         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
743 }
744
745 static pt_entry_t *
746 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
747     u_int *l2_slot)
748 {
749         pt_entry_t *l2;
750         pd_entry_t *l1;
751
752         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
753         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
754
755         /* Check locore has used a table L1 map */
756         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
757            ("Invalid bootstrap L1 table"));
758         /* Find the address of the L2 table */
759         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
760         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
761
762         return (l2);
763 }
764
765 static vm_paddr_t
766 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
767 {
768         u_int l1_slot, l2_slot;
769         pt_entry_t *l2;
770
771         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
772
773         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
774 }
775
776 static vm_offset_t
777 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
778     vm_offset_t freemempos)
779 {
780         pt_entry_t *l2;
781         vm_offset_t va;
782         vm_paddr_t l2_pa, pa;
783         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
784         int i;
785
786         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
787         dmap_phys_max = 0;
788         dmap_max_addr = 0;
789         l2 = NULL;
790         prev_l1_slot = -1;
791
792 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
793         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
794
795         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
796                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
797                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
798
799                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
800                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
801                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
802                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
803                                 prev_l1_slot = l1_slot;
804                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
805                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
806                                     (vm_offset_t)l2);
807                                 freemempos += PAGE_SIZE;
808
809                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
810                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
811
812                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
813                         }
814                         KASSERT(l2 != NULL,
815                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
816                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
817                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
818                                 /*
819                                  * We are on a boundary, stop to
820                                  * create a level 1 block
821                                  */
822                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
823                                         break;
824
825                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
826                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
827                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
828                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
829                                     ATTR_S1_XN |
830                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
831                                     L2_BLOCK);
832                         }
833                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
834                             ("..."));
835                 }
836
837                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
838                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
839                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
840                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
841                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
842                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
843                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
844                 }
845
846                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
847                 if (pa < physmap[i + 1]) {
848                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
849                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
850                                 prev_l1_slot = l1_slot;
851                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
852                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
853                                     (vm_offset_t)l2);
854                                 freemempos += PAGE_SIZE;
855
856                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
857                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
858
859                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
860                         }
861                         KASSERT(l2 != NULL,
862                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
863                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
864                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
865                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
866                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
867                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
868                                     ATTR_S1_XN |
869                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
870                                     L2_BLOCK);
871                         }
872                 }
873
874                 if (pa > dmap_phys_max) {
875                         dmap_phys_max = pa;
876                         dmap_max_addr = va;
877                 }
878         }
879
880         cpu_tlb_flushID();
881
882         return (freemempos);
883 }
884
885 static vm_offset_t
886 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
887 {
888         vm_offset_t l2pt;
889         vm_paddr_t pa;
890         pd_entry_t *l1;
891         u_int l1_slot;
892
893         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
894
895         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
896         l1_slot = pmap_l1_index(va);
897         l2pt = l2_start;
898
899         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
900                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
901
902                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
903                 pmap_store(&l1[l1_slot],
904                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
905                 l2pt += PAGE_SIZE;
906         }
907
908         /* Clean the L2 page table */
909         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
910
911         return l2pt;
912 }
913
914 static vm_offset_t
915 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
916 {
917         vm_offset_t l3pt;
918         vm_paddr_t pa;
919         pd_entry_t *l2;
920         u_int l2_slot;
921
922         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
923
924         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
925         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
926         l2_slot = pmap_l2_index(va);
927         l3pt = l3_start;
928
929         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
930                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
931
932                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
933                 pmap_store(&l2[l2_slot],
934                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
935                 l3pt += PAGE_SIZE;
936         }
937
938         /* Clean the L2 page table */
939         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
940
941         return l3pt;
942 }
943
944 /*
945  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
946  */
947 void
948 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
949     vm_size_t kernlen)
950 {
951         vm_offset_t freemempos;
952         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
953         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
954         uint64_t kern_delta;
955         int i;
956
957         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
958         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
959             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
960
961         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
962
963         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
964         printf("%lx\n", l1pt);
965         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
966
967         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
968         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
969         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
970         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
971         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
972         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
973         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
974
975         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
976         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
977
978         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
979         physmap_idx /= 2;
980
981         /*
982          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
983          * but may contain empty ranges.
984          */
985         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
986                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
987                         continue;
988                 if (physmap[i] <= min_pa)
989                         min_pa = physmap[i];
990         }
991
992         freemempos = KERNBASE + kernlen;
993         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
994
995         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
996         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
997
998         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
999
1000         /*
1001          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1002          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1003          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1004          */
1005         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
1006         /* And the l3 tables for the early devmap */
1007         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
1008             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
1009
1010         cpu_tlb_flushID();
1011
1012 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1013         (var) = freemempos;                                             \
1014         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
1015         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1016
1017         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1018         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1019         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1020
1021         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1022         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1023         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1024
1025         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1026         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1027
1028         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1029         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1030         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1031         kernel_vm_end = virtual_avail;
1032
1033         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
1034
1035         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1036
1037         cpu_tlb_flushID();
1038 }
1039
1040 /*
1041  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1042  */
1043 void
1044 pmap_page_init(vm_page_t m)
1045 {
1046
1047         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1048         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1049 }
1050
1051 static void
1052 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1053 {
1054         int i;
1055
1056         set->asid_bits = bits;
1057
1058         /*
1059          * We may be too early in the overall initialization process to use
1060          * bit_alloc().
1061          */
1062         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1063         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1064             M_WAITOK | M_ZERO);
1065         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1066                 bit_set(set->asid_set, i);
1067         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1068         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1069 }
1070
1071 /*
1072  *      Initialize the pmap module.
1073  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1074  *      system needs to map virtual memory.
1075  */
1076 void
1077 pmap_init(void)
1078 {
1079         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1080         struct md_page *pvh;
1081         vm_size_t s;
1082         uint64_t mmfr1;
1083         int i, pv_npg, vmid_bits;
1084
1085         /*
1086          * Are large page mappings enabled?
1087          */
1088         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1089         if (superpages_enabled) {
1090                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1091                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1092                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1093                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1094                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1095                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1096         }
1097
1098         /*
1099          * Initialize the ASID allocator.
1100          */
1101         pmap_init_asids(&asids,
1102             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1103
1104         if (has_hyp()) {
1105                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1106                 vmid_bits = 8;
1107
1108                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1109                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1110                         vmid_bits = 16;
1111                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1112         }
1113
1114         /*
1115          * Initialize the pv chunk list mutex.
1116          */
1117         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1118
1119         /*
1120          * Initialize the pool of pv list locks.
1121          */
1122         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1123                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1124
1125         /*
1126          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1127          */
1128         pv_npg = 0;
1129         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1130                 seg = &vm_phys_segs[i];
1131                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1132                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1133         }
1134
1135         /*
1136          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1137          */
1138         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1139         s = round_page(s);
1140         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1141         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1142                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1143         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1144
1145         /*
1146          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1147          */
1148         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1149                 seg = &vm_phys_segs[i];
1150                 seg->md_first = pvh;
1151                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1152                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1153
1154                 /*
1155                  * If there is a following segment, and the final
1156                  * superpage of this segment and the initial superpage
1157                  * of the next segment are the same then adjust the
1158                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1159                  * that the pv_table entries will be shared.
1160                  */
1161                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1162                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1163                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1164                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1165                                 pvh--;
1166                         }
1167                 }
1168         }
1169
1170         vm_initialized = 1;
1171 }
1172
1173 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1174     "2MB page mapping counters");
1175
1176 static u_long pmap_l2_demotions;
1177 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1178     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1179
1180 static u_long pmap_l2_mappings;
1181 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1182     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1183
1184 static u_long pmap_l2_p_failures;
1185 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1186     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1187
1188 static u_long pmap_l2_promotions;
1189 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1190     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1191
1192 /*
1193  * Invalidate a single TLB entry.
1194  */
1195 static __inline void
1196 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1197 {
1198         uint64_t r;
1199
1200         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1201
1202         dsb(ishst);
1203         if (pmap == kernel_pmap) {
1204                 r = atop(va);
1205                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1206         } else {
1207                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1208                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1209         }
1210         dsb(ish);
1211         isb();
1212 }
1213
1214 static __inline void
1215 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1216 {
1217         uint64_t end, r, start;
1218
1219         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1220
1221         dsb(ishst);
1222         if (pmap == kernel_pmap) {
1223                 start = atop(sva);
1224                 end = atop(eva);
1225                 for (r = start; r < end; r++)
1226                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1227         } else {
1228                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1229                 start |= atop(sva);
1230                 end |= atop(eva);
1231                 for (r = start; r < end; r++)
1232                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1233         }
1234         dsb(ish);
1235         isb();
1236 }
1237
1238 static __inline void
1239 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1240 {
1241         uint64_t r;
1242
1243         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1244
1245         dsb(ishst);
1246         if (pmap == kernel_pmap) {
1247                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1248         } else {
1249                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1250                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1251         }
1252         dsb(ish);
1253         isb();
1254 }
1255
1256 /*
1257  *      Routine:        pmap_extract
1258  *      Function:
1259  *              Extract the physical page address associated
1260  *              with the given map/virtual_address pair.
1261  */
1262 vm_paddr_t
1263 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1264 {
1265         pt_entry_t *pte, tpte;
1266         vm_paddr_t pa;
1267         int lvl;
1268
1269         pa = 0;
1270         PMAP_LOCK(pmap);
1271         /*
1272          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1273          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1274          */
1275         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1276         if (pte != NULL) {
1277                 tpte = pmap_load(pte);
1278                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1279                 switch(lvl) {
1280                 case 1:
1281                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1282                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1283                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1284                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1285                         break;
1286                 case 2:
1287                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1288                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1289                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1290                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1291                         break;
1292                 case 3:
1293                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1294                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1295                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1296                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1297                         break;
1298                 }
1299         }
1300         PMAP_UNLOCK(pmap);
1301         return (pa);
1302 }
1303
1304 /*
1305  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1306  *      Function:
1307  *              Atomically extract and hold the physical page
1308  *              with the given pmap and virtual address pair
1309  *              if that mapping permits the given protection.
1310  */
1311 vm_page_t
1312 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1313 {
1314         pt_entry_t *pte, tpte;
1315         vm_offset_t off;
1316         vm_page_t m;
1317         int lvl;
1318         bool use;
1319
1320         m = NULL;
1321         PMAP_LOCK(pmap);
1322         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1323         if (pte != NULL) {
1324                 tpte = pmap_load(pte);
1325
1326                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1327                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1328                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1329                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1330                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1331                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1332                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1333
1334                 use = false;
1335                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1336                         use = true;
1337                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1338                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1339                         use = true;
1340                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1341                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1342                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1343                         use = true;
1344
1345                 if (use) {
1346                         switch (lvl) {
1347                         case 1:
1348                                 off = va & L1_OFFSET;
1349                                 break;
1350                         case 2:
1351                                 off = va & L2_OFFSET;
1352                                 break;
1353                         case 3:
1354                         default:
1355                                 off = 0;
1356                         }
1357                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1358                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1359                                 m = NULL;
1360                 }
1361         }
1362         PMAP_UNLOCK(pmap);
1363         return (m);
1364 }
1365
1366 vm_paddr_t
1367 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1368 {
1369         pt_entry_t *pte, tpte;
1370
1371         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1372                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1373         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1374         if (pte == NULL)
1375                 return (0);
1376
1377         /*
1378          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1379          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1380          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1381          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1382          */
1383         tpte = pmap_load(pte);
1384         if (tpte == 0)
1385                 return (0);
1386         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1387                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1388         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1389         tpte = pmap_load(pte);
1390         if (tpte == 0)
1391                 return (0);
1392         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1393                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1394         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1395         tpte = pmap_load(pte);
1396         if (tpte == 0)
1397                 return (0);
1398         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1399 }
1400
1401 /***************************************************
1402  * Low level mapping routines.....
1403  ***************************************************/
1404
1405 void
1406 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1407 {
1408         pd_entry_t *pde;
1409         pt_entry_t *pte, attr;
1410         vm_offset_t va;
1411         int lvl;
1412
1413         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1414            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1415         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1416            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1417         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1418             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1419
1420         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1421             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1422         va = sva;
1423         while (size != 0) {
1424                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1425                 KASSERT(pde != NULL,
1426                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1427                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1428
1429                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1430                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1431
1432                 va += PAGE_SIZE;
1433                 pa += PAGE_SIZE;
1434                 size -= PAGE_SIZE;
1435         }
1436         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1437 }
1438
1439 void
1440 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1441 {
1442
1443         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * Remove a page from the kernel pagetables.
1448  */
1449 PMAP_INLINE void
1450 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1451 {
1452         pt_entry_t *pte;
1453         int lvl;
1454
1455         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1456         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1457         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1458
1459         pmap_clear(pte);
1460         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1461 }
1462
1463 void
1464 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1465 {
1466         pt_entry_t *pte;
1467         vm_offset_t va;
1468         int lvl;
1469
1470         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1471            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1472         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1473             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1474
1475         va = sva;
1476         while (size != 0) {
1477                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1478                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1479                 KASSERT(lvl == 3,
1480                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1481                 pmap_clear(pte);
1482
1483                 va += PAGE_SIZE;
1484                 size -= PAGE_SIZE;
1485         }
1486         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1487 }
1488
1489 /*
1490  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1491  *      virtual address space.
1492  *
1493  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1494  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1495  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1496  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1497  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1498  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1499  *      region.
1500  */
1501 vm_offset_t
1502 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1503 {
1504         return PHYS_TO_DMAP(start);
1505 }
1506
1507 /*
1508  * Add a list of wired pages to the kva
1509  * this routine is only used for temporary
1510  * kernel mappings that do not need to have
1511  * page modification or references recorded.
1512  * Note that old mappings are simply written
1513  * over.  The page *must* be wired.
1514  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1515  */
1516 void
1517 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1518 {
1519         pd_entry_t *pde;
1520         pt_entry_t *pte, pa;
1521         vm_offset_t va;
1522         vm_page_t m;
1523         int i, lvl;
1524
1525         va = sva;
1526         for (i = 0; i < count; i++) {
1527                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1528                 KASSERT(pde != NULL,
1529                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1530                 KASSERT(lvl == 2,
1531                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1532
1533                 m = ma[i];
1534                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1535                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1536                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1537                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1538                 pmap_load_store(pte, pa);
1539
1540                 va += L3_SIZE;
1541         }
1542         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1543 }
1544
1545 /*
1546  * This routine tears out page mappings from the
1547  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1548  */
1549 void
1550 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1551 {
1552         pt_entry_t *pte;
1553         vm_offset_t va;
1554         int lvl;
1555
1556         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1557
1558         va = sva;
1559         while (count-- > 0) {
1560                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1561                 KASSERT(lvl == 3,
1562                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1563                 if (pte != NULL) {
1564                         pmap_clear(pte);
1565                 }
1566
1567                 va += PAGE_SIZE;
1568         }
1569         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1570 }
1571
1572 /***************************************************
1573  * Page table page management routines.....
1574  ***************************************************/
1575 /*
1576  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1577  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1578  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1579  */
1580 static __inline void
1581 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1582     boolean_t set_PG_ZERO)
1583 {
1584
1585         if (set_PG_ZERO)
1586                 m->flags |= PG_ZERO;
1587         else
1588                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1589         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1590 }
1591
1592 /*
1593  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1594  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1595  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1596  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1597  */
1598 static inline boolean_t
1599 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1600 {
1601
1602         --m->ref_count;
1603         if (m->ref_count == 0) {
1604                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1605                 return (TRUE);
1606         } else
1607                 return (FALSE);
1608 }
1609
1610 static void
1611 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1612 {
1613
1614         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1615         /*
1616          * unmap the page table page
1617          */
1618         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1619                 /* l1 page */
1620                 pd_entry_t *l0;
1621
1622                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1623                 pmap_clear(l0);
1624         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1625                 /* l2 page */
1626                 pd_entry_t *l1;
1627
1628                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1629                 pmap_clear(l1);
1630         } else {
1631                 /* l3 page */
1632                 pd_entry_t *l2;
1633
1634                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1635                 pmap_clear(l2);
1636         }
1637         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1638         if (m->pindex < NUL2E) {
1639                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1640                 pd_entry_t *l1, tl1;
1641                 vm_page_t l2pg;
1642
1643                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1644                 tl1 = pmap_load(l1);
1645                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1646                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1647         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1648                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1649                 pd_entry_t *l0, tl0;
1650                 vm_page_t l1pg;
1651
1652                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1653                 tl0 = pmap_load(l0);
1654                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1655                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1656         }
1657         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1658
1659         /*
1660          * Put page on a list so that it is released after
1661          * *ALL* TLB shootdown is done
1662          */
1663         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1664 }
1665
1666 /*
1667  * After removing a page table entry, this routine is used to
1668  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1669  */
1670 static int
1671 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1672     struct spglist *free)
1673 {
1674         vm_page_t mpte;
1675
1676         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1677                 return (0);
1678         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1679         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1680         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1681 }
1682
1683 /*
1684  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1685  * mapping.
1686  */
1687 static void
1688 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1689 {
1690         struct spglist free;
1691
1692         SLIST_INIT(&free);
1693         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1694                 /*
1695                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1696                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1697                  * table pages.  Invalidate those entries.
1698                  *
1699                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1700                  */
1701                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1702                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1703         }
1704 }
1705
1706 void
1707 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1708 {
1709
1710         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1711         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1712         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1713         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1714         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1715         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1716         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1717         pmap->pm_asid_set = &asids;
1718
1719         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1720 }
1721
1722 int
1723 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage)
1724 {
1725         vm_page_t l0pt;
1726
1727         /*
1728          * allocate the l0 page
1729          */
1730         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1731             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1732                 vm_wait(NULL);
1733
1734         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1735         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1736
1737         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1738                 pagezero(pmap->pm_l0);
1739
1740         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1741         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1742         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1743
1744         pmap->pm_stage = stage;
1745         switch (stage) {
1746         case PM_STAGE1:
1747                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1748                 break;
1749         case PM_STAGE2:
1750                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1751                 break;
1752         default:
1753                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1754                 break;
1755         }
1756
1757         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1758         pmap_alloc_asid(pmap);
1759
1760         return (1);
1761 }
1762
1763 int
1764 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1765 {
1766
1767         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1));
1768 }
1769
1770 /*
1771  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1772  *
1773  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1774  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1775  *
1776  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1777  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1778  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1779  * race conditions.
1780  */
1781 static vm_page_t
1782 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1783 {
1784         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1785
1786         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1787
1788         /*
1789          * Allocate a page table page.
1790          */
1791         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1792             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1793                 if (lockp != NULL) {
1794                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1795                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1796                         vm_wait(NULL);
1797                         PMAP_LOCK(pmap);
1798                 }
1799
1800                 /*
1801                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1802                  * page may have been allocated.
1803                  */
1804                 return (NULL);
1805         }
1806         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1807                 pmap_zero_page(m);
1808
1809         /*
1810          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1811          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1812          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1813          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1814          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1815          * PTE within "m".
1816          */
1817         dmb(ishst);
1818
1819         /*
1820          * Map the pagetable page into the process address space, if
1821          * it isn't already there.
1822          */
1823
1824         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1825                 pd_entry_t *l0;
1826                 vm_pindex_t l0index;
1827
1828                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1829                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1830                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1831         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1832                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1833                 pd_entry_t *l0, *l1;
1834                 pd_entry_t tl0;
1835
1836                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1837                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1838
1839                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1840                 tl0 = pmap_load(l0);
1841                 if (tl0 == 0) {
1842                         /* recurse for allocating page dir */
1843                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1844                             lockp) == NULL) {
1845                                 vm_page_unwire_noq(m);
1846                                 vm_page_free_zero(m);
1847                                 return (NULL);
1848                         }
1849                 } else {
1850                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1851                         l1pg->ref_count++;
1852                 }
1853
1854                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1855                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1856                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1857         } else {
1858                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1859                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1860                 pd_entry_t tl0, tl1;
1861
1862                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1863                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1864
1865                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1866                 tl0 = pmap_load(l0);
1867                 if (tl0 == 0) {
1868                         /* recurse for allocating page dir */
1869                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1870                             lockp) == NULL) {
1871                                 vm_page_unwire_noq(m);
1872                                 vm_page_free_zero(m);
1873                                 return (NULL);
1874                         }
1875                         tl0 = pmap_load(l0);
1876                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1877                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1878                 } else {
1879                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1880                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1881                         tl1 = pmap_load(l1);
1882                         if (tl1 == 0) {
1883                                 /* recurse for allocating page dir */
1884                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1885                                     lockp) == NULL) {
1886                                         vm_page_unwire_noq(m);
1887                                         vm_page_free_zero(m);
1888                                         return (NULL);
1889                                 }
1890                         } else {
1891                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1892                                 l2pg->ref_count++;
1893                         }
1894                 }
1895
1896                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1897                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1898                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1899         }
1900
1901         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1902
1903         return (m);
1904 }
1905
1906 static pd_entry_t *
1907 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1908     struct rwlock **lockp)
1909 {
1910         pd_entry_t *l1, *l2;
1911         vm_page_t l2pg;
1912         vm_pindex_t l2pindex;
1913
1914 retry:
1915         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1916         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1917                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1918                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1919                         /* Add a reference to the L2 page. */
1920                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1921                         l2pg->ref_count++;
1922                 } else
1923                         l2pg = NULL;
1924         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1925                 /* Allocate a L2 page. */
1926                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1927                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1928                 if (l2pg == NULL) {
1929                         if (lockp != NULL)
1930                                 goto retry;
1931                         else
1932                                 return (NULL);
1933                 }
1934                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1935                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1936         } else
1937                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1938                     va);
1939         *l2pgp = l2pg;
1940         return (l2);
1941 }
1942
1943 static vm_page_t
1944 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1945 {
1946         vm_pindex_t ptepindex;
1947         pd_entry_t *pde, tpde;
1948 #ifdef INVARIANTS
1949         pt_entry_t *pte;
1950 #endif
1951         vm_page_t m;
1952         int lvl;
1953
1954         /*
1955          * Calculate pagetable page index
1956          */
1957         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1958 retry:
1959         /*
1960          * Get the page directory entry
1961          */
1962         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1963
1964         /*
1965          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1966          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1967          * table.
1968          */
1969         switch (lvl) {
1970         case -1:
1971                 break;
1972         case 0:
1973 #ifdef INVARIANTS
1974                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1975                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1976                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1977 #endif
1978                 break;
1979         case 1:
1980 #ifdef INVARIANTS
1981                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1982                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1983                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1984 #endif
1985                 break;
1986         case 2:
1987                 tpde = pmap_load(pde);
1988                 if (tpde != 0) {
1989                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1990                         m->ref_count++;
1991                         return (m);
1992                 }
1993                 break;
1994         default:
1995                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1996         }
1997
1998         /*
1999          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2000          */
2001         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2002         if (m == NULL && lockp != NULL)
2003                 goto retry;
2004
2005         return (m);
2006 }
2007
2008 /***************************************************
2009  * Pmap allocation/deallocation routines.
2010  ***************************************************/
2011
2012 /*
2013  * Release any resources held by the given physical map.
2014  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2015  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2016  */
2017 void
2018 pmap_release(pmap_t pmap)
2019 {
2020         struct asid_set *set;
2021         vm_page_t m;
2022         int asid;
2023
2024         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2025             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2026             pmap->pm_stats.resident_count));
2027         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2028             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2029
2030         set = pmap->pm_asid_set;
2031         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2032
2033         /*
2034          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2035          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2036          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2037          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2038          */
2039         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2040                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2041                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2042                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2043                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2044                             asid < set->asid_set_size,
2045                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2046                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2047                 }
2048                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2049         }
2050
2051         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2052         vm_page_unwire_noq(m);
2053         vm_page_free_zero(m);
2054 }
2055
2056 static int
2057 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2058 {
2059         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2060
2061         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2062 }
2063 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2064     0, 0, kvm_size, "LU",
2065     "Size of KVM");
2066
2067 static int
2068 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2069 {
2070         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2071
2072         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2073 }
2074 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2075     0, 0, kvm_free, "LU",
2076     "Amount of KVM free");
2077
2078 /*
2079  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2080  */
2081 void
2082 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2083 {
2084         vm_paddr_t paddr;
2085         vm_page_t nkpg;
2086         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2087
2088         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2089
2090         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2091         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2092                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2093         while (kernel_vm_end < addr) {
2094                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2095                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2096                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2097
2098                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2099                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2100                         /* We need a new PDP entry */
2101                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2102                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2103                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2104                         if (nkpg == NULL)
2105                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2106                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2107                                 pmap_zero_page(nkpg);
2108                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2109                         dmb(ishst);
2110                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2111                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2112                         continue; /* try again */
2113                 }
2114                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2115                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2116                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2117                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2118                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2119                                 break;
2120                         }
2121                         continue;
2122                 }
2123
2124                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2125                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2126                     VM_ALLOC_ZERO);
2127                 if (nkpg == NULL)
2128                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2129                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2130                         pmap_zero_page(nkpg);
2131                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2132                 dmb(ishst);
2133                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2134                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2135
2136                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2137                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2138                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2139                         break;
2140                 }
2141         }
2142 }
2143
2144 /***************************************************
2145  * page management routines.
2146  ***************************************************/
2147
2148 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2149 CTASSERT(_NPCM == 3);
2150 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2151
2152 static __inline struct pv_chunk *
2153 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2154 {
2155
2156         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2157 }
2158
2159 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2160
2161 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2162 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2163 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2164
2165 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2166
2167 #if 0
2168 #ifdef PV_STATS
2169 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2170
2171 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2172         "Current number of pv entry chunks");
2173 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2174         "Current number of pv entry chunks allocated");
2175 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2176         "Current number of pv entry chunks frees");
2177 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2178         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2179
2180 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2181 static int pv_entry_spare;
2182
2183 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2184         "Current number of pv entry frees");
2185 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2186         "Current number of pv entry allocs");
2187 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2188         "Current number of pv entries");
2189 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2190         "Current number of spare pv entries");
2191 #endif
2192 #endif /* 0 */
2193
2194 /*
2195  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2196  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2197  * another pv entry chunk.
2198  *
2199  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2200  *
2201  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2202  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2203  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2204  */
2205 static vm_page_t
2206 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2207 {
2208         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2209         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2210         struct md_page *pvh;
2211         pd_entry_t *pde;
2212         pmap_t next_pmap, pmap;
2213         pt_entry_t *pte, tpte;
2214         pv_entry_t pv;
2215         vm_offset_t va;
2216         vm_page_t m, m_pc;
2217         struct spglist free;
2218         uint64_t inuse;
2219         int bit, field, freed, lvl;
2220         static int active_reclaims = 0;
2221
2222         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2223         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2224
2225         pmap = NULL;
2226         m_pc = NULL;
2227         SLIST_INIT(&free);
2228         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2229         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2230         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2231         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2232
2233         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2234         active_reclaims++;
2235         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2236         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2237         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2238             SLIST_EMPTY(&free)) {
2239                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2240                 if (next_pmap == NULL) {
2241                         /*
2242                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2243                          * not our marker, so active_reclaims must be
2244                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2245                          * will not rotate the pv_chunks list.
2246                          */
2247                         goto next_chunk;
2248                 }
2249                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2250
2251                 /*
2252                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2253                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2254                  * corresponding pmap is locked.
2255                  */
2256                 if (pmap != next_pmap) {
2257                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2258                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2259                         pmap = next_pmap;
2260                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2261                         if (pmap > locked_pmap) {
2262                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2263                                 PMAP_LOCK(pmap);
2264                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2265                                 continue;
2266                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2267                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2268                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2269                                         continue;
2270                                 } else {
2271                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2272                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2273                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2274                                         if (pc == NULL ||
2275                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2276                                                 continue;
2277                                         goto next_chunk;
2278                                 }
2279                         }
2280                 }
2281
2282                 /*
2283                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2284                  */
2285                 freed = 0;
2286                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2287                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2288                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2289                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2290                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2291                                 va = pv->pv_va;
2292                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2293                                 if (lvl != 2)
2294                                         continue;
2295                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2296                                 tpte = pmap_load(pte);
2297                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2298                                         continue;
2299                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2300                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2301                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2302                                         vm_page_dirty(m);
2303                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2304                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2305                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2306                                 }
2307                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2308                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2309                                 m->md.pv_gen++;
2310                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2311                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2312                                         pvh = page_to_pvh(m);
2313                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2314                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2315                                                     PGA_WRITEABLE);
2316                                         }
2317                                 }
2318                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2319                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2320                                 freed++;
2321                         }
2322                 }
2323                 if (freed == 0) {
2324                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2325                         goto next_chunk;
2326                 }
2327                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2328                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2329                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2330                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2331                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2332                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2333                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2334                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2335                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2336                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2337                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2338                         /* Entire chunk is free; return it. */
2339                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2340                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2341                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2342                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2343                         break;
2344                 }
2345                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2346                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2347                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2348                 if (pmap == locked_pmap)
2349                         break;
2350
2351 next_chunk:
2352                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2353                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2354                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2355                         /*
2356                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2357                          * scan the same pv chunks that could not be
2358                          * freed (because they contained a wired
2359                          * and/or superpage mapping) on every
2360                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2361                          */
2362                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2363                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2364                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2365                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2366                         }
2367                 }
2368         }
2369         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2370         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2371         active_reclaims--;
2372         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2373         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2374                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2375         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2376                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2377                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2378                 /* Recycle a freed page table page. */
2379                 m_pc->ref_count = 1;
2380         }
2381         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2382         return (m_pc);
2383 }
2384
2385 /*
2386  * free the pv_entry back to the free list
2387  */
2388 static void
2389 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2390 {
2391         struct pv_chunk *pc;
2392         int idx, field, bit;
2393
2394         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2395         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2396         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2397         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2398         pc = pv_to_chunk(pv);
2399         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2400         field = idx / 64;
2401         bit = idx % 64;
2402         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2403         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2404             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2405                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2406                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2407                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2408                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2409                 }
2410                 return;
2411         }
2412         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2413         free_pv_chunk(pc);
2414 }
2415
2416 static void
2417 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2418 {
2419         vm_page_t m;
2420
2421         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2422         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2423         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2424         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2425         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2426         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2427         /* entire chunk is free, return it */
2428         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2429         dump_drop_page(m->phys_addr);
2430         vm_page_unwire_noq(m);
2431         vm_page_free(m);
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2436  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2437  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2438  * returned.
2439  *
2440  * The given PV list lock may be released.
2441  */
2442 static pv_entry_t
2443 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2444 {
2445         int bit, field;
2446         pv_entry_t pv;
2447         struct pv_chunk *pc;
2448         vm_page_t m;
2449
2450         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2451         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2452 retry:
2453         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2454         if (pc != NULL) {
2455                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2456                         if (pc->pc_map[field]) {
2457                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2458                                 break;
2459                         }
2460                 }
2461                 if (field < _NPCM) {
2462                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2463                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2464                         /* If this was the last item, move it to tail */
2465                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2466                             pc->pc_map[2] == 0) {
2467                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2468                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2469                                     pc_list);
2470                         }
2471                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2472                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2473                         return (pv);
2474                 }
2475         }
2476         /* No free items, allocate another chunk */
2477         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2478             VM_ALLOC_WIRED);
2479         if (m == NULL) {
2480                 if (lockp == NULL) {
2481                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2482                         return (NULL);
2483                 }
2484                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2485                 if (m == NULL)
2486                         goto retry;
2487         }
2488         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2489         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2490         dump_add_page(m->phys_addr);
2491         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2492         pc->pc_pmap = pmap;
2493         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2494         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2495         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2496         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2497         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2498         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2499         pv = &pc->pc_pventry[0];
2500         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2501         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2502         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2503         return (pv);
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2508  * exceeds the given count, "needed".
2509  *
2510  * The given PV list lock may be released.
2511  */
2512 static void
2513 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2514 {
2515         struct pch new_tail;
2516         struct pv_chunk *pc;
2517         vm_page_t m;
2518         int avail, free;
2519         bool reclaimed;
2520
2521         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2522         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2523
2524         /*
2525          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2526          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2527          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2528          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2529          */
2530         TAILQ_INIT(&new_tail);
2531 retry:
2532         avail = 0;
2533         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2534                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2535                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2536                 if (free == 0)
2537                         break;
2538                 avail += free;
2539                 if (avail >= needed)
2540                         break;
2541         }
2542         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2543                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2544                     VM_ALLOC_WIRED);
2545                 if (m == NULL) {
2546                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2547                         if (m == NULL)
2548                                 goto retry;
2549                         reclaimed = true;
2550                 }
2551                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2552                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2553                 dump_add_page(m->phys_addr);
2554                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2555                 pc->pc_pmap = pmap;
2556                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2557                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2558                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2559                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2560                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2561                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2562
2563                 /*
2564                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2565                  * If that chunk contained available entries, we need to
2566                  * re-count the number of available entries.
2567                  */
2568                 if (reclaimed)
2569                         goto retry;
2570         }
2571         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2572                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2573                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2574                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2575         }
2576 }
2577
2578 /*
2579  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2580  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2581  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2582  * 2MB page mappings.
2583  */
2584 static __inline pv_entry_t
2585 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2586 {
2587         pv_entry_t pv;
2588
2589         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2590                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2591                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2592                         pvh->pv_gen++;
2593                         break;
2594                 }
2595         }
2596         return (pv);
2597 }
2598
2599 /*
2600  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2601  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2602  * entries for each of the 4KB page mappings.
2603  */
2604 static void
2605 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2606     struct rwlock **lockp)
2607 {
2608         struct md_page *pvh;
2609         struct pv_chunk *pc;
2610         pv_entry_t pv;
2611         vm_offset_t va_last;
2612         vm_page_t m;
2613         int bit, field;
2614
2615         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2616         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2617             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2618         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2619             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2620         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2621
2622         /*
2623          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2624          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2625          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2626          */
2627         pvh = pa_to_pvh(pa);
2628         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2629         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2630         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2631         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2632         m->md.pv_gen++;
2633         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2634         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2635         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2636         for (;;) {
2637                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2638                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2639                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2640                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2641                         while (pc->pc_map[field]) {
2642                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2643                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2644                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2645                                 va += PAGE_SIZE;
2646                                 pv->pv_va = va;
2647                                 m++;
2648                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2649                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2650                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2651                                 m->md.pv_gen++;
2652                                 if (va == va_last)
2653                                         goto out;
2654                         }
2655                 }
2656                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2657                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2658         }
2659 out:
2660         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2661                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2662                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2663         }
2664         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2665         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2666 }
2667
2668 /*
2669  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2670  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2671  * page mappings.
2672  */
2673 static void
2674 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2675 {
2676         pv_entry_t pv;
2677
2678         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2679         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2680         free_pv_entry(pmap, pv);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2685  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2686  */
2687 static boolean_t
2688 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2689     struct rwlock **lockp)
2690 {
2691         pv_entry_t pv;
2692
2693         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2694         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2695         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2696                 pv->pv_va = va;
2697                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2698                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2699                 m->md.pv_gen++;
2700                 return (TRUE);
2701         } else
2702                 return (FALSE);
2703 }
2704
2705 /*
2706  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2707  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2708  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2709  */
2710 static bool
2711 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2712     struct rwlock **lockp)
2713 {
2714         struct md_page *pvh;
2715         pv_entry_t pv;
2716         vm_paddr_t pa;
2717
2718         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2719         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2720         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2721             NULL : lockp)) == NULL)
2722                 return (false);
2723         pv->pv_va = va;
2724         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2725         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2726         pvh = pa_to_pvh(pa);
2727         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2728         pvh->pv_gen++;
2729         return (true);
2730 }
2731
2732 static void
2733 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2734 {
2735         pt_entry_t newl2, oldl2;
2736         vm_page_t ml3;
2737         vm_paddr_t ml3pa;
2738
2739         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2740         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2741         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2742
2743         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2744         if (ml3 == NULL)
2745                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2746
2747         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2748         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2749
2750         /*
2751          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2752          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2753          */
2754         if (ml3->valid != 0)
2755                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2756
2757         /*
2758          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2759          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2760          */
2761         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2762         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2763             __func__, l2, oldl2));
2764 }
2765
2766 /*
2767  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2768  */
2769 static int
2770 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2771     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2772 {
2773         struct md_page *pvh;
2774         pt_entry_t old_l2;
2775         vm_offset_t eva, va;
2776         vm_page_t m, ml3;
2777
2778         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2779         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2780         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2781         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2782             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2783
2784         /*
2785          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2786          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2787          */
2788         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2789
2790         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2791                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2792         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2793         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2794                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2795                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2796                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2797                 eva = sva + L2_SIZE;
2798                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2799                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2800                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2801                                 vm_page_dirty(m);
2802                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2803                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2804                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2805                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2806                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2807                 }
2808         }
2809         if (pmap == kernel_pmap) {
2810                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2811         } else {
2812                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2813                 if (ml3 != NULL) {
2814                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2815                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2816                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2817                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2818                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2819                         ml3->ref_count = 0;
2820                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2821                 }
2822         }
2823         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2824 }
2825
2826 /*
2827  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2828  */
2829 static int
2830 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2831     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2832 {
2833         struct md_page *pvh;
2834         pt_entry_t old_l3;
2835         vm_page_t m;
2836
2837         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2838         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2839         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2840         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2841                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2842         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2843         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2844                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2845                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2846                         vm_page_dirty(m);
2847                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2848                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2849                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2850                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2851                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2852                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2853                         pvh = page_to_pvh(m);
2854                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2855                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2856                 }
2857         }
2858         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2859 }
2860
2861 /*
2862  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2863  * identified by the given L2 entry.
2864  */
2865 static void
2866 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2867     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2868 {
2869         struct md_page *pvh;
2870         struct rwlock *new_lock;
2871         pt_entry_t *l3, old_l3;
2872         vm_offset_t va;
2873         vm_page_t l3pg, m;
2874
2875         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2876         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2877             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2878         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2879             NULL;
2880         va = eva;
2881         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2882                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2883                         if (va != eva) {
2884                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2885                                 va = eva;
2886                         }
2887                         continue;
2888                 }
2889                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2890                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2891                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2892                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2893                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2894                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2895                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2896                                 vm_page_dirty(m);
2897                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2898                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2899                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2900                         if (new_lock != *lockp) {
2901                                 if (*lockp != NULL) {
2902                                         /*
2903                                          * Pending TLB invalidations must be
2904                                          * performed before the PV list lock is
2905                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2906                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2907                                          * could return while a stale TLB entry
2908                                          * still provides access to that page. 
2909                                          */
2910                                         if (va != eva) {
2911                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2912                                                     sva);
2913                                                 va = eva;
2914                                         }
2915                                         rw_wunlock(*lockp);
2916                                 }
2917                                 *lockp = new_lock;
2918                                 rw_wlock(*lockp);
2919                         }
2920                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2921                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2922                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2923                                 pvh = page_to_pvh(m);
2924                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2925                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2926                         }
2927                 }
2928                 if (va == eva)
2929                         va = sva;
2930                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2931                         sva += L3_SIZE;
2932                         break;
2933                 }
2934         }
2935         if (va != eva)
2936                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2937 }
2938
2939 /*
2940  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2941  *
2942  *      It is assumed that the start and end are properly
2943  *      rounded to the page size.
2944  */
2945 void
2946 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2947 {
2948         struct rwlock *lock;
2949         vm_offset_t va_next;
2950         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2951         pt_entry_t l3_paddr;
2952         struct spglist free;
2953
2954         /*
2955          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2956          */
2957         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2958                 return;
2959
2960         SLIST_INIT(&free);
2961
2962         PMAP_LOCK(pmap);
2963
2964         lock = NULL;
2965         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2966                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2967                         break;
2968
2969                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2970                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2971                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2972                         if (va_next < sva)
2973                                 va_next = eva;
2974                         continue;
2975                 }
2976
2977                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2978                 if (va_next < sva)
2979                         va_next = eva;
2980                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2981                 if (pmap_load(l1) == 0)
2982                         continue;
2983                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
2984                         KASSERT(va_next <= eva,
2985                             ("partial update of non-transparent 1G page "
2986                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
2987                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
2988                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
2989                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
2990                         pmap_clear(l1);
2991                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2992                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
2993                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
2994                         continue;
2995                 }
2996
2997                 /*
2998                  * Calculate index for next page table.
2999                  */
3000                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3001                 if (va_next < sva)
3002                         va_next = eva;
3003
3004                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3005                 if (l2 == NULL)
3006                         continue;
3007
3008                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3009
3010                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3011                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3012                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3013                                     &free, &lock);
3014                                 continue;
3015                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3016                             &lock) == NULL)
3017                                 continue;
3018                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3019                 }
3020
3021                 /*
3022                  * Weed out invalid mappings.
3023                  */
3024                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3025                         continue;
3026
3027                 /*
3028                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3029                  * by the current page table page, or to the end of the
3030                  * range being removed.
3031                  */
3032                 if (va_next > eva)
3033                         va_next = eva;
3034
3035                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3036                     &lock);
3037         }
3038         if (lock != NULL)
3039                 rw_wunlock(lock);
3040         PMAP_UNLOCK(pmap);
3041         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3042 }
3043
3044 /*
3045  *      Routine:        pmap_remove_all
3046  *      Function:
3047  *              Removes this physical page from
3048  *              all physical maps in which it resides.
3049  *              Reflects back modify bits to the pager.
3050  *
3051  *      Notes:
3052  *              Original versions of this routine were very
3053  *              inefficient because they iteratively called
3054  *              pmap_remove (slow...)
3055  */
3056
3057 void
3058 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3059 {
3060         struct md_page *pvh;
3061         pv_entry_t pv;
3062         pmap_t pmap;
3063         struct rwlock *lock;
3064         pd_entry_t *pde, tpde;
3065         pt_entry_t *pte, tpte;
3066         vm_offset_t va;
3067         struct spglist free;
3068         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3069
3070         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3071             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3072         SLIST_INIT(&free);
3073         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3074         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3075 retry:
3076         rw_wlock(lock);
3077         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3078                 pmap = PV_PMAP(pv);
3079                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3080                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3081                         rw_wunlock(lock);
3082                         PMAP_LOCK(pmap);
3083                         rw_wlock(lock);
3084                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3085                                 rw_wunlock(lock);
3086                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3087                                 goto retry;
3088                         }
3089                 }
3090                 va = pv->pv_va;
3091                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3092                 KASSERT(pte != NULL,
3093                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3094                 KASSERT(lvl == 2,
3095                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3096
3097                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3098                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3099         }
3100         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3101                 pmap = PV_PMAP(pv);
3102                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3103                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3104                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3105                         md_gen = m->md.pv_gen;
3106                         rw_wunlock(lock);
3107                         PMAP_LOCK(pmap);
3108                         rw_wlock(lock);
3109                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3110                                 rw_wunlock(lock);
3111                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3112                                 goto retry;
3113                         }
3114                 }
3115                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3116
3117                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3118                 KASSERT(pde != NULL,
3119                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3120                 KASSERT(lvl == 2,
3121                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3122                 tpde = pmap_load(pde);
3123
3124                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3125                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3126                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3127                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3128                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3129                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3130                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3131                 }
3132
3133                 /*
3134                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3135                  */
3136                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3137                         vm_page_dirty(m);
3138                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3139                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3140                 m->md.pv_gen++;
3141                 free_pv_entry(pmap, pv);
3142                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3143         }
3144         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3145         rw_wunlock(lock);
3146         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3147 }
3148
3149 /*
3150  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3151  */
3152 static void
3153 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3154     pt_entry_t nbits)
3155 {
3156         pd_entry_t old_l2;
3157         vm_page_t m, mt;
3158
3159         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3160         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3161         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3162             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3163         old_l2 = pmap_load(l2);
3164         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3165             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3166
3167         /*
3168          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3169          * in place.
3170          */
3171 retry:
3172         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3173                 return;
3174
3175         /*
3176          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3177          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3178          * pages.
3179          */
3180         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3181             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3182             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3183                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3184                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3185                         vm_page_dirty(mt);
3186         }
3187
3188         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3189                 goto retry;
3190
3191         /*
3192          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3193          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3194          */
3195         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3196 }
3197
3198 /*
3199  *      Set the physical protection on the
3200  *      specified range of this map as requested.
3201  */
3202 void
3203 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3204 {
3205         vm_offset_t va, va_next;
3206         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3207         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3208
3209         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3210         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3211         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3212                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3213                 return;
3214         }
3215
3216         mask = nbits = 0;
3217         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3218                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3219                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3220         }
3221         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3222                 mask |= ATTR_S1_XN;
3223                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3224         }
3225         if (mask == 0)
3226                 return;
3227
3228         PMAP_LOCK(pmap);
3229         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3230                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3231                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3232                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3233                         if (va_next < sva)
3234                                 va_next = eva;
3235                         continue;
3236                 }
3237
3238                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3239                 if (va_next < sva)
3240                         va_next = eva;
3241                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3242                 if (pmap_load(l1) == 0)
3243                         continue;
3244                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3245                         KASSERT(va_next <= eva,
3246                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3247                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3248                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3249                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3250                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3251                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3252                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3253                         }
3254                         continue;
3255                 }
3256
3257                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3258                 if (va_next < sva)
3259                         va_next = eva;
3260
3261                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3262                 if (pmap_load(l2) == 0)
3263                         continue;
3264
3265                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3266                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3267                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3268                                 continue;
3269                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3270                                 continue;
3271                 }
3272                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3273                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3274
3275                 if (va_next > eva)
3276                         va_next = eva;
3277
3278                 va = va_next;
3279                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3280                     sva += L3_SIZE) {
3281                         l3 = pmap_load(l3p);
3282 retry:
3283                         /*
3284                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3285                          * invalid or already has the desired access
3286                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3287                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3288                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3289                          * have the desired restrictions.)
3290                          */
3291                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3292                                 if (va != va_next) {
3293                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3294                                         va = va_next;
3295                                 }
3296                                 continue;
3297                         }
3298
3299                         /*
3300                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3301                          * update the page's dirty field.
3302                          */
3303                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3304                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3305                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3306                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3307
3308                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3309                                 goto retry;
3310                         if (va == va_next)
3311                                 va = sva;
3312                 }
3313                 if (va != va_next)
3314                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3315         }
3316         PMAP_UNLOCK(pmap);
3317 }
3318
3319 /*
3320  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3321  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3322  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3323  * ordered by this virtual address range.
3324  *
3325  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3326  */
3327 static __inline int
3328 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3329 {
3330
3331         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3332         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3333         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3334 }
3335
3336 /*
3337  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3338  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3339  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3340  * specified virtual address.
3341  */
3342 static __inline vm_page_t
3343 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3344 {
3345
3346         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3347         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3348 }
3349
3350 /*
3351  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3352  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3353  * inconsistent state.
3354  */
3355 static void
3356 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3357     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3358 {
3359         register_t intr;
3360
3361         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3362
3363         /*
3364          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3365          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3366          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3367          */
3368         intr = intr_disable();
3369
3370         /*
3371          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3372          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3373          * lookup the physical address.
3374          */
3375         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3376         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3377
3378         /* Create the new mapping */
3379         pmap_store(pte, newpte);
3380         dsb(ishst);
3381
3382         intr_restore(intr);
3383 }
3384
3385 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3386 /*
3387  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3388  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3389  * for the 2MB page mapping.
3390  */
3391 static void
3392 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3393     struct rwlock **lockp)
3394 {
3395         struct md_page *pvh;
3396         pv_entry_t pv;
3397         vm_offset_t va_last;
3398         vm_page_t m;
3399
3400         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3401             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3402         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3403
3404         /*
3405          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3406          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3407          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3408          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3409          * mappings that is being promoted.
3410          */
3411         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3412         va = va & ~L2_OFFSET;
3413         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3414         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3415         pvh = pa_to_pvh(pa);
3416         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3417         pvh->pv_gen++;
3418         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3419         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3420         do {
3421                 m++;
3422                 va += PAGE_SIZE;
3423                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3424         } while (va < va_last);
3425 }
3426
3427 /*
3428  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3429  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3430  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3431  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3432  * identical characteristics.
3433  */
3434 static void
3435 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3436     struct rwlock **lockp)
3437 {
3438         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3439         vm_page_t mpte;
3440         vm_offset_t sva;
3441
3442         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3443         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3444
3445         sva = va & ~L2_OFFSET;
3446         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3447         newl2 = pmap_load(firstl3);
3448
3449 setl2:
3450         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3451                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3452                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3453                     " in pmap %p", va, pmap);
3454                 return;
3455         }
3456
3457         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3458             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3459                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3460                         goto setl2;
3461                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3462         }
3463
3464         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3465         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3466                 oldl3 = pmap_load(l3);
3467 setl3:
3468                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3469                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3470                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3471                             ~ATTR_SW_DBM))
3472                                 goto setl3;
3473                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3474                 }
3475                 if (oldl3 != pa) {
3476                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3477                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3478                             " in pmap %p", va, pmap);
3479                         return;
3480                 }
3481                 pa -= PAGE_SIZE;
3482         }
3483
3484         /*
3485          * Save the page table page in its current state until the L2
3486          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3487          * destroyed by pmap_remove_l3().
3488          */
3489         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3490         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3491             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3492             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3493         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3494             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3495         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3496                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3497                 CTR2(KTR_PMAP,
3498                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3499                     pmap);
3500                 return;
3501         }
3502
3503         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3504                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3505
3506         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3507         newl2 |= L2_BLOCK;
3508
3509         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3510
3511         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3512         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3513                     pmap);
3514 }
3515 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3516
3517 static int
3518 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3519     int psind)
3520 {
3521         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3522         vm_page_t mp;
3523
3524         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3525         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3526             ("psind %d unexpected", psind));
3527         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3528             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3529             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3530
3531 restart:
3532         if (psind == 2) {
3533                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3534                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3535                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3536                         if (mp == NULL) {
3537                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3538                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3539                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3540                                 vm_wait(NULL);
3541                                 PMAP_LOCK(pmap);
3542                                 goto restart;
3543                         }
3544                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3545                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3546                         origpte = pmap_load(l1p);
3547                 } else {
3548                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3549                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3550                         origpte = pmap_load(l1p);
3551                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3552                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3553                                     ~ATTR_MASK);
3554                                 mp->ref_count++;
3555                         }
3556                 }
3557                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3558                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3559                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3560                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3561                     va, origpte, newpte));
3562                 pmap_store(l1p, newpte);
3563         } else /* (psind == 1) */ {
3564                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3565                 if (l2p == NULL) {
3566                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3567                         if (mp == NULL) {
3568                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3569                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3570                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3571                                 vm_wait(NULL);
3572                                 PMAP_LOCK(pmap);
3573                                 goto restart;
3574                         }
3575                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3576                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3577                         origpte = pmap_load(l2p);
3578                 } else {
3579                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3580                         origpte = pmap_load(l2p);
3581                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3582                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3583                                     ~ATTR_MASK);
3584                                 mp->ref_count++;
3585                         }
3586                 }
3587                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3588                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3589                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3590                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3591                     va, origpte, newpte));
3592                 pmap_store(l2p, newpte);
3593         }
3594         dsb(ishst);
3595
3596         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3597                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3598         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3599                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3600         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3601             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3602                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3603
3604         return (KERN_SUCCESS);
3605 }
3606
3607 /*
3608  * Add a single SMMU entry. This function does not sleep.
3609  */
3610 int
3611 pmap_senter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3612     vm_prot_t prot, u_int flags)
3613 {
3614         pd_entry_t *pde;
3615         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3616         pt_entry_t *l3;
3617         vm_page_t mpte;
3618         int lvl;
3619         int rv;
3620
3621         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3622         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS, ("wrong address space"));
3623
3624         va = trunc_page(va);
3625         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT |
3626             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE) | L3_PAGE);
3627         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3628                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3629         new_l3 |= ATTR_S1_XN; /* Execute never. */
3630         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER);
3631         new_l3 |= ATTR_S1_nG; /* Non global. */
3632
3633         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_senter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3634
3635         PMAP_LOCK(pmap);
3636
3637         /*
3638          * In the case that a page table page is not
3639          * resident, we are creating it here.
3640          */
3641 retry:
3642         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3643         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3644                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3645         } else {
3646                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va), NULL);
3647                 if (mpte == NULL) {
3648                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3649                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3650                         goto out;
3651                 }
3652                 goto retry;
3653         }
3654
3655         orig_l3 = pmap_load(l3);
3656         KASSERT(!pmap_l3_valid(orig_l3), ("l3 is valid"));
3657
3658         /* New mapping */
3659         pmap_store(l3, new_l3);
3660         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3661         dsb(ishst);
3662
3663         rv = KERN_SUCCESS;
3664 out:
3665         PMAP_UNLOCK(pmap);
3666
3667         return (rv);
3668 }
3669
3670 /*
3671  * Remove a single SMMU entry.
3672  */
3673 int
3674 pmap_sremove(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3675 {
3676         pt_entry_t *pte;
3677         int lvl;
3678         int rc;
3679
3680         PMAP_LOCK(pmap);
3681
3682         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3683         KASSERT(lvl == 3,
3684             ("Invalid SMMU pagetable level: %d != 3", lvl));
3685
3686         if (pte != NULL) {
3687                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3688                 pmap_clear(pte);
3689                 rc = KERN_SUCCESS;
3690         } else
3691                 rc = KERN_FAILURE;
3692
3693         PMAP_UNLOCK(pmap);
3694
3695         return (rc);
3696 }
3697
3698 /*
3699  * Remove all the allocated L1, L2 pages from SMMU pmap.
3700  * All the L3 entires must be cleared in advance, otherwise
3701  * this function panics.
3702  */
3703 void
3704 pmap_sremove_pages(pmap_t pmap)
3705 {
3706         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
3707         pt_entry_t *l3, l3e;
3708         vm_page_t m, m0, m1;
3709         vm_offset_t sva;
3710         vm_paddr_t pa;
3711         vm_paddr_t pa0;
3712         vm_paddr_t pa1;
3713         int i, j, k, l;
3714
3715         PMAP_LOCK(pmap);
3716
3717         for (sva = VM_MINUSER_ADDRESS, i = pmap_l0_index(sva);
3718             (i < Ln_ENTRIES && sva < VM_MAXUSER_ADDRESS); i++) {
3719                 l0e = pmap->pm_l0[i];
3720                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3721                         sva += L0_SIZE;
3722                         continue;
3723                 }
3724                 pa0 = l0e & ~ATTR_MASK;
3725                 m0 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa0);
3726                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa0);
3727
3728                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
3729                         l1e = l1[j];
3730                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3731                                 sva += L1_SIZE;
3732                                 continue;
3733                         }
3734                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3735                                 sva += L1_SIZE;
3736                                 continue;
3737                         }
3738                         pa1 = l1e & ~ATTR_MASK;
3739                         m1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa1);
3740                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa1);
3741
3742                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
3743                                 l2e = l2[k];
3744                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3745                                         sva += L2_SIZE;
3746                                         continue;
3747                                 }
3748                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3749                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3750                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3751
3752                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
3753                                     l++, sva += L3_SIZE) {
3754                                         l3e = l3[l];
3755                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3756                                                 continue;
3757                                         panic("%s: l3e found for va %jx\n",
3758                                             __func__, sva);
3759                                 }
3760
3761                                 vm_page_unwire_noq(m1);
3762                                 vm_page_unwire_noq(m);
3763                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3764                                 vm_page_free(m);
3765                                 pmap_clear(&l2[k]);
3766                         }
3767
3768                         vm_page_unwire_noq(m0);
3769                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3770                         vm_page_free(m1);
3771                         pmap_clear(&l1[j]);
3772                 }
3773
3774                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3775                 vm_page_free(m0);
3776                 pmap_clear(&pmap->pm_l0[i]);
3777         }
3778
3779         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3780             ("Invalid resident count %jd", pmap->pm_stats.resident_count));
3781
3782         PMAP_UNLOCK(pmap);
3783 }
3784
3785 /*
3786  *      Insert the given physical page (p) at
3787  *      the specified virtual address (v) in the
3788  *      target physical map with the protection requested.
3789  *
3790  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3791  *      that the related pte can not be reclaimed.
3792  *
3793  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3794  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3795  *      insert this page into the given map NOW.
3796  */
3797 int
3798 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3799     u_int flags, int8_t psind)
3800 {
3801         struct rwlock *lock;
3802         pd_entry_t *pde;
3803         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3804         pt_entry_t *l2, *l3;
3805         pv_entry_t pv;
3806         vm_paddr_t opa, pa;
3807         vm_page_t mpte, om;
3808         boolean_t nosleep;
3809         int lvl, rv;
3810
3811         va = trunc_page(va);
3812         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3813                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3814         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3815         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3816         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3817         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3818
3819         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3820                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3821         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3822                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3823                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3824                 else
3825                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3826                 if (pmap != kernel_pmap)
3827                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3828         } else {
3829                 /*
3830                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3831                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3832                  * required to invalidate the I-cache.
3833                  *
3834                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3835                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3836                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3837                  * correctly if it is clear.
3838                  */
3839                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3840                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3841         }
3842         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3843                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3844                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3845                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3846                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3847                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3848                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3849                                 else
3850                                         new_l3 &=
3851                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3852                         }
3853                 }
3854         }
3855
3856         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3857
3858         lock = NULL;
3859         PMAP_LOCK(pmap);
3860         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
3861                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3862                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
3863                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
3864                 if (psind == 2)
3865                         new_l3 |= L1_BLOCK;
3866                 else /* (psind == 1) */
3867                         new_l3 |= L2_BLOCK;
3868                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
3869                 goto out;
3870         }
3871         if (psind == 1) {
3872                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3873                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3874                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3875                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3876                     flags, m, &lock);
3877                 goto out;
3878         }
3879         mpte = NULL;
3880
3881         /*
3882          * In the case that a page table page is not
3883          * resident, we are creating it here.
3884          */
3885 retry:
3886         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3887         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3888                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3889                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3890                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3891                         mpte->ref_count++;
3892                 }
3893                 goto havel3;
3894         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3895                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3896                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3897                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3898                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3899                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3900                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3901                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3902                                 mpte->ref_count++;
3903                         }
3904                         goto havel3;
3905                 }
3906                 /* We need to allocate an L3 table. */
3907         }
3908         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3909                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3910
3911                 /*
3912                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3913                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3914                  * was created while we slept.
3915                  */
3916                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3917                     nosleep ? NULL : &lock);
3918                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3919                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3920                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3921                         goto out;
3922                 }
3923                 goto retry;
3924         } else
3925                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3926
3927 havel3:
3928         orig_l3 = pmap_load(l3);
3929         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3930         pv = NULL;
3931
3932         /*
3933          * Is the specified virtual address already mapped?
3934          */
3935         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3936                 /*
3937                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3938                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3939                  * into EL2 to perform such actions.
3940                  */
3941                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3942                 /*
3943                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3944                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3945                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3946                  * the PT page will be also.
3947                  */
3948                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3949                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3950                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3951                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3952                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3953                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3954
3955                 /*
3956                  * Remove the extra PT page reference.
3957                  */
3958                 if (mpte != NULL) {
3959                         mpte->ref_count--;
3960                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3961                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3962                              " va: 0x%lx", va));
3963                 }
3964
3965                 /*
3966                  * Has the physical page changed?
3967                  */
3968                 if (opa == pa) {
3969                         /*
3970                          * No, might be a protection or wiring change.
3971                          */
3972                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3973                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3974                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3975                         goto validate;
3976                 }
3977
3978                 /*
3979                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3980                  * the mapping.
3981                  */
3982                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3983                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3984                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3985                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3986                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3987
3988                         /*
3989                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3990                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3991                          * pmap_ts_referenced().
3992                          */
3993                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3994                                 vm_page_dirty(om);
3995                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3996                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3997                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3998                         }
3999                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4000                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4001                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4002                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4003                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4004                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4005                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4006                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4007                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4008                 } else {
4009                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4010                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4011                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4012                 }
4013                 orig_l3 = 0;
4014         } else {
4015                 /*
4016                  * Increment the counters.
4017                  */
4018                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4019                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4020                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4021         }
4022         /*
4023          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4024          */
4025         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4026                 if (pv == NULL) {
4027                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4028                         pv->pv_va = va;
4029                 }
4030                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4031                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4032                 m->md.pv_gen++;
4033                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4034                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4035         }
4036
4037 validate:
4038         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4039                 /*
4040                  * Sync icache if exec permission and attribute
4041                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4042                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4043                  * later, then other can access this page before caches are
4044                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4045                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4046                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4047                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4048                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4049                 */
4050                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4051                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4052                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4053                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4054                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4055                 }
4056         } else {
4057                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4058         }
4059
4060         /*
4061          * Update the L3 entry
4062          */
4063         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4064                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4065                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4066                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4067                         /* same PA, different attributes */
4068                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4069                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4070                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4071                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4072                                 vm_page_dirty(m);
4073                 } else {
4074                         /*
4075                          * orig_l3 == new_l3
4076                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4077                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4078                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4079                          * cycle.
4080                          * Another possible reasons are:
4081                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4082                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4083                          *   actual mapping.
4084                          */
4085                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4086                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4087                             __func__, pmap, va, new_l3);
4088                 }
4089         } else {
4090                 /* New mapping */
4091                 pmap_store(l3, new_l3);
4092                 dsb(ishst);
4093         }
4094
4095 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4096         /*
4097          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4098          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4099          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4100          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4101          */
4102         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4103             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4104             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4105             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4106                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
4107         }
4108 #endif
4109
4110         rv = KERN_SUCCESS;
4111 out:
4112         if (lock != NULL)
4113                 rw_wunlock(lock);
4114         PMAP_UNLOCK(pmap);
4115         return (rv);
4116 }
4117
4118 /*
4119  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4120  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4121  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4122  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4123  * PV entry.
4124  */
4125 static bool
4126 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4127     struct rwlock **lockp)
4128 {
4129         pd_entry_t new_l2;
4130
4131         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4132         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4133
4134         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4135             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4136             L2_BLOCK);
4137         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4138                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4139                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4140         }
4141         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4142             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4143                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4144         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4145                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4146         else
4147                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4148         if (pmap != kernel_pmap)
4149                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4150         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4151             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4152             KERN_SUCCESS);
4153 }
4154
4155 /*
4156  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4157  * zero.
4158  */
4159 static bool
4160 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4161 {
4162         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4163
4164         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4165         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4166         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4167                 if (*pte != 0)
4168                         return (false);
4169         }
4170         return (true);
4171 }
4172
4173 /*
4174  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4175  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4176  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4177  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4178  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4179  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4180  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4181  *
4182  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4183  */
4184 static int
4185 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4186     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4187 {
4188         struct spglist free;
4189         pd_entry_t *l2, old_l2;
4190         vm_page_t l2pg, mt;
4191
4192         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4193
4194         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4195             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4196                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4197                     va, pmap);
4198                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4199         }
4200
4201         /*
4202          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4203          */
4204         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4205                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4206                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4207                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
4208                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
4209                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4210                         if (l2pg != NULL)
4211                                 l2pg->ref_count--;
4212                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4213                             " in pmap %p", va, pmap);
4214                         return (KERN_FAILURE);
4215                 }
4216                 SLIST_INIT(&free);
4217                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4218                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4219                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4220                 else
4221                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4222                             &free, lockp);
4223                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4224                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4225                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4226                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4227                 } else {
4228                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4229                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4230
4231                         /*
4232                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4233                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4234                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4235                          * entry for the kernel page table page.
4236                          */
4237                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4238                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4239                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4240                         pmap_clear(l2);
4241                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4242                 }
4243         }
4244
4245         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4246                 /*
4247                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4248                  */
4249                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4250                         if (l2pg != NULL)
4251                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4252                         CTR2(KTR_PMAP,
4253                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4254                             va, pmap);
4255                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4256                 }
4257                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4258                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4259                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4260         }
4261
4262         /*
4263          * Increment counters.
4264          */
4265         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4266                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4267         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4268
4269         /*
4270          * Map the superpage.
4271          */
4272         pmap_store(l2, new_l2);
4273         dsb(ishst);
4274
4275         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4276         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4277             va, pmap);
4278
4279         return (KERN_SUCCESS);
4280 }
4281
4282 /*
4283  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4284  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4285  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4286  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4287  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4288  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4289  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4290  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4291  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4292  * corresponding offset from m_start are mapped.
4293  */
4294 void
4295 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4296     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4297 {
4298         struct rwlock *lock;
4299         vm_offset_t va;
4300         vm_page_t m, mpte;
4301         vm_pindex_t diff, psize;
4302
4303         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4304
4305         psize = atop(end - start);
4306         mpte = NULL;
4307         m = m_start;
4308         lock = NULL;
4309         PMAP_LOCK(pmap);
4310         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4311                 va = start + ptoa(diff);
4312                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4313                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4314                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4315                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4316                 else
4317                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4318                             &lock);
4319                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4320         }
4321         if (lock != NULL)
4322                 rw_wunlock(lock);
4323         PMAP_UNLOCK(pmap);
4324 }
4325
4326 /*
4327  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4328  * 1. Current pmap & pmap exists.
4329  * 2. Not wired.
4330  * 3. Read access.
4331  * 4. No page table pages.
4332  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4333  */
4334
4335 void
4336 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4337 {
4338         struct rwlock *lock;
4339
4340         lock = NULL;
4341         PMAP_LOCK(pmap);
4342         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4343         if (lock != NULL)
4344                 rw_wunlock(lock);
4345         PMAP_UNLOCK(pmap);
4346 }
4347
4348 static vm_page_t
4349 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4350     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4351 {
4352         pd_entry_t *pde;
4353         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
4354         vm_paddr_t pa;
4355         int lvl;
4356
4357         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4358             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4359             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4360         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4361         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4362
4363         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4364         /*
4365          * In the case that a page table page is not
4366          * resident, we are creating it here.
4367          */
4368         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4369                 vm_pindex_t l2pindex;
4370
4371                 /*
4372                  * Calculate pagetable page index
4373                  */
4374                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4375                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4376                         mpte->ref_count++;
4377                 } else {
4378                         /*
4379                          * Get the l2 entry
4380                          */
4381                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4382
4383                         /*
4384                          * If the page table page is mapped, we just increment
4385                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4386                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4387                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4388                          */
4389                         if (lvl == 1) {
4390                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4391                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4392                                     L2_BLOCK)
4393                                         return (NULL);
4394                         }
4395                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4396                                 mpte =
4397                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4398                                 mpte->ref_count++;
4399                         } else {
4400                                 /*
4401                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4402                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4403                                  */
4404                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4405                                 if (mpte == NULL)
4406                                         return (mpte);
4407                         }
4408                 }
4409                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4410                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4411         } else {
4412                 mpte = NULL;
4413                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4414                 KASSERT(pde != NULL,
4415                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4416                      va));
4417                 KASSERT(lvl == 2,
4418                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4419                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4420         }
4421
4422         /*
4423          * Abort if a mapping already exists.
4424          */
4425         if (pmap_load(l3) != 0) {
4426                 if (mpte != NULL)
4427                         mpte->ref_count--;
4428                 return (NULL);
4429         }
4430
4431         /*
4432          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4433          */
4434         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4435             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4436                 if (mpte != NULL)
4437                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4438                 return (NULL);
4439         }
4440
4441         /*
4442          * Increment counters
4443          */
4444         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4445
4446         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4447         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4448             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4449         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4450             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4451                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4452         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4453                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4454         else
4455                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4456         if (pmap != kernel_pmap)
4457                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4458
4459         /*
4460          * Now validate mapping with RO protection
4461          */
4462         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4463                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4464                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4465         }
4466
4467         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4468         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4469             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4470                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4471
4472         pmap_store(l3, l3_val);
4473         dsb(ishst);
4474
4475         return (mpte);
4476 }
4477
4478 /*
4479  * This code maps large physical mmap regions into the
4480  * processor address space.  Note that some shortcuts
4481  * are taken, but the code works.
4482  */
4483 void
4484 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4485     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4486 {
4487
4488         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4489         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4490             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4491 }
4492
4493 /*
4494  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4495  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4496  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4497  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4498  *
4499  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4500  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4501  */
4502 void
4503 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4504 {
4505         vm_offset_t va_next;
4506         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4507         pt_entry_t *l3;
4508
4509         PMAP_LOCK(pmap);
4510         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4511                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4512                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4513                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4514                         if (va_next < sva)
4515                                 va_next = eva;
4516                         continue;
4517                 }
4518
4519                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4520                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4521                 if (va_next < sva)
4522                         va_next = eva;
4523                 if (pmap_load(l1) == 0)
4524                         continue;
4525
4526                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4527                         KASSERT(va_next <= eva,
4528                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4529                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4530                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4531                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4532                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4533                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4534                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4535                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4536                         continue;
4537                 }
4538
4539                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4540                 if (va_next < sva)
4541                         va_next = eva;
4542
4543                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4544                 if (pmap_load(l2) == 0)
4545                         continue;
4546
4547                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4548                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4549                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4550                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4551
4552                         /*
4553                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4554                          * demote the mapping and fall through.
4555                          */
4556                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4557                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4558                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4559                                     PAGE_SIZE;
4560                                 continue;
4561                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4562                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4563                 }
4564                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4565                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4566
4567                 if (va_next > eva)
4568                         va_next = eva;
4569                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4570                     sva += L3_SIZE) {
4571                         if (pmap_load(l3) == 0)
4572                                 continue;
4573                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4574                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4575                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4576
4577                         /*
4578                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4579                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4580                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4581                          */
4582                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4583                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4584                 }
4585         }
4586         PMAP_UNLOCK(pmap);
4587 }
4588
4589 /*
4590  *      Copy the range specified by src_addr/len
4591  *      from the source map to the range dst_addr/len
4592  *      in the destination map.
4593  *
4594  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4595  *
4596  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4597  *      it should not have to flush the instruction cache.
4598  */
4599 void
4600 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4601     vm_offset_t src_addr)
4602 {
4603         struct rwlock *lock;
4604         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4605         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4606         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4607         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4608
4609         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4610         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4611
4612         if (dst_addr != src_addr)
4613                 return;
4614         end_addr = src_addr + len;
4615         lock = NULL;
4616         if (dst_pmap < src_pmap) {
4617                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4618                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4619         } else {
4620                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4621                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4622         }
4623         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4624                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4625                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4626                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4627                         if (va_next < addr)
4628                                 va_next = end_addr;
4629                         continue;
4630                 }
4631
4632                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4633                 if (va_next < addr)
4634                         va_next = end_addr;
4635                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4636                 if (pmap_load(l1) == 0)
4637                         continue;
4638                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4639                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4640                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4641                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4642                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4643                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4644                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4645                         if (l1 == NULL) {
4646                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4647                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4648                                         break;
4649                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4650                         } else {
4651                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4652                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4653                                     ~ATTR_MASK);
4654                                 dst_m->ref_count++;
4655                         }
4656                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4657                             ("1G mapping present in dst pmap "
4658                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4659                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4660                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4661                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4662                         continue;
4663                 }
4664
4665                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4666                 if (va_next < addr)
4667                         va_next = end_addr;
4668                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4669                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4670                 if (srcptepaddr == 0)
4671                         continue;
4672                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4673                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4674                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4675                                 continue;
4676                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
4677                         if (l2 == NULL)
4678                                 break;
4679                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4680                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4681                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4682                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4683                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4684                                 nbits = 0;
4685                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4686                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4687                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4688                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4689                                     PAGE_SIZE);
4690                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4691                         } else
4692                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
4693                         continue;
4694                 }
4695                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4696                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4697                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4698                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4699                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4700                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4701                 if (va_next > end_addr)
4702                         va_next = end_addr;
4703                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4704                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4705                 dstmpte = NULL;
4706                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4707                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4708
4709                         /*
4710                          * We only virtual copy managed pages.
4711                          */
4712                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4713                                 continue;
4714
4715                         if (dstmpte != NULL) {
4716                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4717                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4718                                 dstmpte->ref_count++;
4719                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4720                             NULL)) == NULL)
4721                                 goto out;
4722                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4723                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4724                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4725                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4726                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4727                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4728                                 /*
4729                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4730                                  * (referenced) bits during the copy.
4731                                  */
4732                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4733                                 nbits = 0;
4734                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4735                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4736                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4737                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4738                         } else {
4739                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4740                                 goto out;
4741                         }
4742                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4743                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4744                                 break;
4745                 }
4746         }
4747 out:
4748         /*
4749          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4750          * not active.
4751          */
4752         dsb(ishst);
4753
4754         if (lock != NULL)
4755                 rw_wunlock(lock);
4756         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4757         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4758 }
4759
4760 /*
4761  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4762  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4763  */
4764 void
4765 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4766 {
4767         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4768
4769         pagezero((void *)va);
4770 }
4771
4772 /*
4773  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4774  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4775  *
4776  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4777  */
4778 void
4779 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4780 {
4781         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4782
4783         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4784                 pagezero((void *)va);
4785         else
4786                 bzero((char *)va + off, size);
4787 }
4788
4789 /*
4790  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4791  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4792  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4793  *      time.
4794  */
4795 void
4796 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4797 {
4798         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4799         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4800
4801         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4802 }
4803
4804 int unmapped_buf_allowed = 1;
4805
4806 void
4807 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4808     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4809 {
4810         void *a_cp, *b_cp;
4811         vm_page_t m_a, m_b;
4812         vm_paddr_t p_a, p_b;
4813         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4814         int cnt;
4815
4816         while (xfersize > 0) {
4817                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4818                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4819                 p_a = m_a->phys_addr;
4820                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4821                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4822                 p_b = m_b->phys_addr;
4823                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4824                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4825                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4826                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4827                 } else {
4828                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4829                 }
4830                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4831                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4832                 } else {
4833                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4834                 }
4835                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4836                 a_offset += cnt;
4837                 b_offset += cnt;
4838                 xfersize -= cnt;
4839         }
4840 }
4841
4842 vm_offset_t
4843 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4844 {
4845
4846         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4847 }
4848
4849 void
4850 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4851 {
4852 }
4853
4854 /*
4855  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4856  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4857  * be changed upwards or downwards in the future; it
4858  * is only necessary that true be returned for a small
4859  * subset of pmaps for proper page aging.
4860  */
4861 boolean_t
4862 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4863 {
4864         struct md_page *pvh;
4865         struct rwlock *lock;
4866         pv_entry_t pv;
4867         int loops = 0;
4868         boolean_t rv;
4869
4870         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4871             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4872         rv = FALSE;
4873         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4874         rw_rlock(lock);
4875         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4876                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4877                         rv = TRUE;
4878                         break;
4879                 }
4880                 loops++;
4881                 if (loops >= 16)
4882                         break;
4883         }
4884         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4885                 pvh = page_to_pvh(m);
4886                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4887                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4888                                 rv = TRUE;
4889                                 break;
4890                         }
4891                         loops++;
4892                         if (loops >= 16)
4893                                 break;
4894                 }
4895         }
4896         rw_runlock(lock);
4897         return (rv);
4898 }
4899
4900 /*
4901  *      pmap_page_wired_mappings:
4902  *
4903  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4904  *      that are wired.
4905  */
4906 int
4907 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4908 {
4909         struct rwlock *lock;
4910         struct md_page *pvh;
4911         pmap_t pmap;
4912         pt_entry_t *pte;
4913         pv_entry_t pv;
4914         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4915
4916         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4917                 return (0);
4918         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4919         rw_rlock(lock);
4920 restart:
4921         count = 0;
4922         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4923                 pmap = PV_PMAP(pv);
4924                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4925                         md_gen = m->md.pv_gen;
4926                         rw_runlock(lock);
4927                         PMAP_LOCK(pmap);
4928                         rw_rlock(lock);
4929                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4930                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4931                                 goto restart;
4932                         }
4933                 }
4934                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4935                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4936                         count++;
4937                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4938         }
4939         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4940                 pvh = page_to_pvh(m);
4941                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4942                         pmap = PV_PMAP(pv);
4943                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4944                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4945                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4946                                 rw_runlock(lock);
4947                                 PMAP_LOCK(pmap);
4948                                 rw_rlock(lock);
4949                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4950                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4951                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4952                                         goto restart;
4953                                 }
4954                         }
4955                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4956                         if (pte != NULL &&
4957                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4958                                 count++;
4959                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4960                 }
4961         }
4962         rw_runlock(lock);
4963         return (count);
4964 }
4965
4966 /*
4967  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4968  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4969  */
4970 bool
4971 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4972 {
4973         struct rwlock *lock;
4974         bool rv;
4975
4976         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4977                 return (false);
4978         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4979         rw_rlock(lock);
4980         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4981             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4982             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
4983         rw_runlock(lock);
4984         return (rv);
4985 }
4986
4987 /*
4988  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4989  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4990  * caller.
4991  *
4992  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4993  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4994  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4995  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4996  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4997  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4998  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4999  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5000  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5001  * this function starts.
5002  */
5003 void
5004 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5005 {
5006         pd_entry_t *pde;
5007         pt_entry_t *pte, tpte;
5008         struct spglist free;
5009         vm_page_t m, ml3, mt;
5010         pv_entry_t pv;
5011         struct md_page *pvh;
5012         struct pv_chunk *pc, *npc;
5013         struct rwlock *lock;
5014         int64_t bit;
5015         uint64_t inuse, bitmask;
5016         int allfree, field, freed, idx, lvl;
5017         vm_paddr_t pa;
5018
5019         lock = NULL;
5020
5021         SLIST_INIT(&free);
5022         PMAP_LOCK(pmap);
5023         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5024                 allfree = 1;
5025                 freed = 0;
5026                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5027                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5028                         while (inuse != 0) {
5029                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5030                                 bitmask = 1UL << bit;
5031                                 idx = field * 64 + bit;
5032                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5033                                 inuse &= ~bitmask;
5034
5035                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5036                                 KASSERT(pde != NULL,
5037                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5038
5039                                 switch(lvl) {
5040                                 case 1:
5041                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5042                                         tpte = pmap_load(pte); 
5043                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5044                                             L2_BLOCK,
5045                                             ("Attempting to remove an invalid "
5046                                             "block: %lx", tpte));
5047                                         break;
5048                                 case 2:
5049                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5050                                         tpte = pmap_load(pte);
5051                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5052                                             L3_PAGE,
5053                                             ("Attempting to remove an invalid "
5054                                              "page: %lx", tpte));
5055                                         break;
5056                                 default:
5057                                         panic(
5058                                             "Invalid page directory level: %d",
5059                                             lvl);
5060                                 }
5061
5062 /*
5063  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5064  */
5065                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5066                                         allfree = 0;
5067                                         continue;
5068                                 }
5069
5070                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5071
5072                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5073                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5074                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5075                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5076                                     (uintmax_t)tpte));
5077
5078                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5079                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5080                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5081                                     (uintmax_t)tpte));
5082
5083                                 /*
5084                                  * Because this pmap is not active on other
5085                                  * processors, the dirty bit cannot have
5086                                  * changed state since we last loaded pte.
5087                                  */
5088                                 pmap_clear(pte);
5089
5090                                 /*
5091                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5092                                  */
5093                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5094                                         switch (lvl) {
5095                                         case 1:
5096                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5097                                                         vm_page_dirty(mt);
5098                                                 break;
5099                                         case 2:
5100                                                 vm_page_dirty(m);
5101                                                 break;
5102                                         }
5103                                 }
5104
5105                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5106
5107                                 /* Mark free */
5108                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5109                                 switch (lvl) {
5110                                 case 1:
5111                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5112                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5113                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
5114                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5115                                         pvh->pv_gen++;
5116                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5117                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5118                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5119                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5120                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5121                                         }
5122                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5123                                             pv->pv_va);
5124                                         if (ml3 != NULL) {
5125                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5126                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5127                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5128                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5129                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5130                                                 ml3->ref_count = 0;
5131                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5132                                                     &free, FALSE);
5133                                         }
5134                                         break;
5135                                 case 2:
5136                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5137                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5138                                             pv_next);
5139                                         m->md.pv_gen++;
5140                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5141                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5142                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5143                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5144                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5145                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5146                                                             PGA_WRITEABLE);
5147                                         }
5148                                         break;
5149                                 }
5150                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5151                                     &free);
5152                                 freed++;
5153                         }
5154                 }
5155                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5156                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5157                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5158                 if (allfree) {
5159                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5160                         free_pv_chunk(pc);
5161                 }
5162         }
5163         if (lock != NULL)
5164                 rw_wunlock(lock);
5165         pmap_invalidate_all(pmap);
5166         PMAP_UNLOCK(pmap);
5167         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5168 }
5169
5170 /*
5171  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5172  */
5173 static boolean_t
5174 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5175 {
5176         struct rwlock *lock;
5177         pv_entry_t pv;
5178         struct md_page *pvh;
5179         pt_entry_t *pte, mask, value;
5180         pmap_t pmap;
5181         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5182         boolean_t rv;
5183
5184         rv = FALSE;
5185         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5186         rw_rlock(lock);
5187 restart:
5188         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5189                 pmap = PV_PMAP(pv);
5190                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5191                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5192                         md_gen = m->md.pv_gen;
5193                         rw_runlock(lock);
5194                         PMAP_LOCK(pmap);
5195                         rw_rlock(lock);
5196                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5197                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5198                                 goto restart;
5199                         }
5200                 }
5201                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5202                 KASSERT(lvl == 3,
5203                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5204                 mask = 0;
5205                 value = 0;
5206                 if (modified) {
5207                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5208                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5209                 }
5210                 if (accessed) {
5211                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5212                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5213                 }
5214                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5215                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5216                 if (rv)
5217                         goto out;
5218         }
5219         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5220                 pvh = page_to_pvh(m);
5221                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5222                         pmap = PV_PMAP(pv);
5223                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5224                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5225                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5226                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5227                                 rw_runlock(lock);
5228                                 PMAP_LOCK(pmap);
5229                                 rw_rlock(lock);
5230                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5231                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5232                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5233                                         goto restart;
5234                                 }
5235                         }
5236                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5237                         KASSERT(lvl == 2,
5238                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5239                         mask = 0;
5240                         value = 0;
5241                         if (modified) {
5242                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5243                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5244                         }
5245                         if (accessed) {
5246                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5247                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5248                         }
5249                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5250                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5251                         if (rv)
5252                                 goto out;
5253                 }
5254         }
5255 out:
5256         rw_runlock(lock);
5257         return (rv);
5258 }
5259
5260 /*
5261  *      pmap_is_modified:
5262  *
5263  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5264  *      in any physical maps.
5265  */
5266 boolean_t
5267 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5268 {
5269
5270         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5271             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5272
5273         /*
5274          * If the page is not busied then this check is racy.
5275          */
5276         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5277                 return (FALSE);
5278         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5279 }
5280
5281 /*
5282  *      pmap_is_prefaultable:
5283  *
5284  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5285  *      for prefault.
5286  */
5287 boolean_t
5288 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5289 {
5290         pt_entry_t *pte;
5291         boolean_t rv;
5292         int lvl;
5293
5294         rv = FALSE;
5295         PMAP_LOCK(pmap);
5296         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5297         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5298                 rv = TRUE;
5299         }
5300         PMAP_UNLOCK(pmap);
5301         return (rv);
5302 }
5303
5304 /*
5305  *      pmap_is_referenced:
5306  *
5307  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5308  *      in any physical maps.
5309  */
5310 boolean_t
5311 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5312 {
5313
5314         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5315             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5316         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5317 }
5318
5319 /*
5320  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5321  */
5322 void
5323 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5324 {
5325         struct md_page *pvh;
5326         pmap_t pmap;
5327         struct rwlock *lock;
5328         pv_entry_t next_pv, pv;
5329         pt_entry_t oldpte, *pte;
5330         vm_offset_t va;
5331         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5332
5333         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5334             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5335         vm_page_assert_busied(m);
5336
5337         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5338                 return;
5339         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5340         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5341 retry_pv_loop:
5342         rw_wlock(lock);
5343         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5344                 pmap = PV_PMAP(pv);
5345                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5346                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5347                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5348                         rw_wunlock(lock);
5349                         PMAP_LOCK(pmap);
5350                         rw_wlock(lock);
5351                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5352                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5353                                 rw_wunlock(lock);
5354                                 goto retry_pv_loop;
5355                         }
5356                 }
5357                 va = pv->pv_va;
5358                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5359                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5360                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5361                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5362                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5363                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5364                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5365         }
5366         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5367                 pmap = PV_PMAP(pv);
5368                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5369                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5370                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5371                         md_gen = m->md.pv_gen;
5372                         rw_wunlock(lock);
5373                         PMAP_LOCK(pmap);
5374                         rw_wlock(lock);
5375                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5376                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5377                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5378                                 rw_wunlock(lock);
5379                                 goto retry_pv_loop;
5380                         }
5381                 }
5382                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5383                 oldpte = pmap_load(pte);
5384 retry:
5385                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5386                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
5387                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5388                                 goto retry;
5389                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5390                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5391                                 vm_page_dirty(m);
5392                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5393                 }
5394                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5395         }
5396         rw_wunlock(lock);
5397         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5398 }
5399
5400 /*
5401  *      pmap_ts_referenced:
5402  *
5403  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5404  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5405  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5406  *      reference bits set.
5407  *
5408  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5409  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5410  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5411  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5412  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5413  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5414  *      to pmap_is_modified().
5415  */
5416 int
5417 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5418 {
5419         struct md_page *pvh;
5420         pv_entry_t pv, pvf;
5421         pmap_t pmap;
5422         struct rwlock *lock;
5423         pd_entry_t *pde, tpde;
5424         pt_entry_t *pte, tpte;
5425         vm_offset_t va;
5426         vm_paddr_t pa;
5427         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5428         struct spglist free;
5429
5430         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5431             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5432         SLIST_INIT(&free);
5433         cleared = 0;
5434         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5435         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5436         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5437         rw_wlock(lock);
5438 retry:
5439         not_cleared = 0;
5440         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5441                 goto small_mappings;
5442         pv = pvf;
5443         do {
5444                 if (pvf == NULL)
5445                         pvf = pv;
5446                 pmap = PV_PMAP(pv);
5447                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5448                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5449                         rw_wunlock(lock);
5450                         PMAP_LOCK(pmap);
5451                         rw_wlock(lock);
5452                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5453                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5454                                 goto retry;
5455                         }
5456                 }
5457                 va = pv->pv_va;
5458                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5459                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5460                 KASSERT(lvl == 1,
5461                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5462                 tpde = pmap_load(pde);
5463                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5464                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5465                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5466                 tpte = pmap_load(pte);
5467                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5468                         /*
5469                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5470                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5471                          * we only update the 4KB page under test.
5472                          */
5473                         vm_page_dirty(m);
5474                 }
5475
5476                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5477                         /*
5478                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5479                          * it should not be cleared every time it is tested.
5480                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5481                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5482                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5483                          * which testing the reference bit will result in
5484                          * clearing that reference bit.  This function is
5485                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5486                          * for every 2MB page mapping.
5487                          *
5488                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5489                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5490                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5491                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5492                          * since the superpage is wired, the current state of
5493                          * its reference bit won't affect page replacement.
5494                          */
5495                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5496                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5497                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5498                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5499                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5500                                 cleared++;
5501                         } else
5502                                 not_cleared++;
5503                 }
5504                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5505                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5506                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5507                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5508                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5509                         pvh->pv_gen++;
5510                 }
5511                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5512                         goto out;
5513         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5514 small_mappings:
5515         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5516                 goto out;
5517         pv = pvf;
5518         do {
5519                 if (pvf == NULL)
5520                         pvf = pv;
5521                 pmap = PV_PMAP(pv);
5522                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5523                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5524                         md_gen = m->md.pv_gen;
5525                         rw_wunlock(lock);
5526                         PMAP_LOCK(pmap);
5527                         rw_wlock(lock);
5528                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5529                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5530                                 goto retry;
5531                         }
5532                 }
5533                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5534                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5535                 KASSERT(lvl == 2,
5536                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5537                 tpde = pmap_load(pde);
5538                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5539                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5540                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5541                 tpte = pmap_load(pte);
5542                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5543                         vm_page_dirty(m);
5544                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5545                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5546                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5547                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5548                                 cleared++;
5549                         } else
5550                                 not_cleared++;
5551                 }
5552                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5553                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5554                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5555                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5556                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5557                         m->md.pv_gen++;
5558                 }
5559         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5560             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5561 out:
5562         rw_wunlock(lock);
5563         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5564         return (cleared + not_cleared);
5565 }
5566
5567 /*
5568  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5569  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5570  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5571  */
5572 void
5573 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5574 {
5575         struct rwlock *lock;
5576         vm_offset_t va, va_next;
5577         vm_page_t m;
5578         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5579         pt_entry_t *l3, oldl3;
5580
5581         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5582
5583         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5584                 return;
5585
5586         PMAP_LOCK(pmap);
5587         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5588                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5589                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5590                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5591                         if (va_next < sva)
5592                                 va_next = eva;
5593                         continue;
5594                 }
5595
5596                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5597                 if (va_next < sva)
5598                         va_next = eva;
5599                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5600                 if (pmap_load(l1) == 0)
5601                         continue;
5602                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5603                         KASSERT(va_next <= eva,
5604                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5605                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5606                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5607                         continue;
5608                 }
5609
5610                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5611                 if (va_next < sva)
5612                         va_next = eva;
5613                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5614                 oldl2 = pmap_load(l2);
5615                 if (oldl2 == 0)
5616                         continue;
5617                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5618                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5619                                 continue;
5620                         lock = NULL;
5621                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5622                                 if (lock != NULL)
5623                                         rw_wunlock(lock);
5624
5625                                 /*
5626                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5627                                  */
5628                                 continue;
5629                         }
5630
5631                         /*
5632                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5633                          * mapping to a single page so that a subsequent
5634                          * access may repromote.  Choosing the last page
5635                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5636                          * generally results in more repromotions.  Since the
5637                          * underlying page table page is fully populated, this
5638                          * removal never frees a page table page.
5639                          */
5640                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5641                                 va = eva;
5642                                 if (va > va_next)
5643                                         va = va_next;
5644                                 va -= PAGE_SIZE;
5645                                 KASSERT(va >= sva,
5646                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5647                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5648                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5649                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5650                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5651                                     NULL, &lock);
5652                         }
5653                         if (lock != NULL)
5654                                 rw_wunlock(lock);
5655                 }
5656                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5657                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5658                 if (va_next > eva)
5659                         va_next = eva;
5660                 va = va_next;
5661                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5662                     sva += L3_SIZE) {
5663                         oldl3 = pmap_load(l3);
5664                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5665                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5666                                 goto maybe_invlrng;
5667                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5668                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5669                                         /*
5670                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5671                                          * can be avoided by making the page
5672                                          * dirty now.
5673                                          */
5674                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5675                                         vm_page_dirty(m);
5676                                 }
5677                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5678                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5679                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5680                                         cpu_spinwait();
5681                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5682                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5683                         else
5684                                 goto maybe_invlrng;
5685                         if (va == va_next)
5686                                 va = sva;
5687                         continue;
5688 maybe_invlrng:
5689                         if (va != va_next) {
5690                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5691                                 va = va_next;
5692                         }
5693                 }
5694                 if (va != va_next)
5695                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5696         }
5697         PMAP_UNLOCK(pmap);
5698 }
5699
5700 /*
5701  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5702  */
5703 void
5704 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5705 {
5706         struct md_page *pvh;
5707         struct rwlock *lock;
5708         pmap_t pmap;
5709         pv_entry_t next_pv, pv;
5710         pd_entry_t *l2, oldl2;
5711         pt_entry_t *l3, oldl3;
5712         vm_offset_t va;
5713         int md_gen, pvh_gen;
5714
5715         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5716             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5717         vm_page_assert_busied(m);
5718
5719         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5720                 return;
5721         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5722         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5723         rw_wlock(lock);
5724 restart:
5725         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5726                 pmap = PV_PMAP(pv);
5727                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5728                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5729                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5730                         rw_wunlock(lock);
5731                         PMAP_LOCK(pmap);
5732                         rw_wlock(lock);
5733                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5734                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5735                                 goto restart;
5736                         }
5737                 }
5738                 va = pv->pv_va;
5739                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5740                 oldl2 = pmap_load(l2);
5741                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5742                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5743                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5744                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5745                         /*
5746                          * Write protect the mapping to a single page so that
5747                          * a subsequent write access may repromote.
5748                          */
5749                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5750                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5751                         oldl3 = pmap_load(l3);
5752                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5753                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5754                                 cpu_spinwait();
5755                         vm_page_dirty(m);
5756                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5757                 }
5758                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5759         }
5760         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5761                 pmap = PV_PMAP(pv);
5762                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5763                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5764                         md_gen = m->md.pv_gen;
5765                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5766                         rw_wunlock(lock);
5767                         PMAP_LOCK(pmap);
5768                         rw_wlock(lock);
5769                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5770                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5771                                 goto restart;
5772                         }
5773                 }
5774                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5775                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5776                 oldl3 = pmap_load(l3);
5777                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5778                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5779                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5780                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5781                 }
5782                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5783         }
5784         rw_wunlock(lock);
5785 }
5786
5787 void *
5788 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5789 {
5790         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5791         vm_offset_t va, offset;
5792         pd_entry_t *pde;
5793         pt_entry_t *l2;
5794         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5795
5796         if (!vm_initialized) {
5797                 /*
5798                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5799                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5800                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5801                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5802                  */
5803                  if (size == 0)
5804                          return (NULL);
5805
5806                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5807                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5808                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5809
5810                 offset = pa & L2_OFFSET;
5811
5812                 if (preinit_map_va == 0)
5813                         return (NULL);
5814
5815                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5816
5817                 free_l2_count = 0;
5818                 start_idx = -1;
5819                 /* Find enough free contiguous VA space */
5820                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5821                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5822                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5823                                 /* Not enough space here */
5824                                 free_l2_count = 0;
5825                                 start_idx = -1;
5826                                 continue;
5827                         }
5828
5829                         if (ppim->pa == 0) {
5830                                 /* Free L2 block */
5831                                 if (start_idx == -1)
5832                                         start_idx = i;
5833                                 free_l2_count++;
5834                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5835                                         break;
5836                         }
5837                 }
5838                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5839                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5840
5841                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5842                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5843                         /* Mark entries as allocated */
5844                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5845                         ppim->pa = pa;
5846                         ppim->va = va + offset;
5847                         ppim->size = size;
5848                 }
5849
5850                 /* Map L2 blocks */
5851                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5852                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5853                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5854                         KASSERT(pde != NULL,
5855                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5856                             va));
5857                         KASSERT(lvl == 1,
5858                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5859
5860                         /* Insert L2_BLOCK */
5861                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5862                         pmap_load_store(l2,
5863                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5864                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5865
5866                         va += L2_SIZE;
5867                         pa += L2_SIZE;
5868                 }
5869                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5870
5871                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5872
5873         } else {
5874                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5875                 offset = pa & PAGE_MASK;
5876                 size = round_page(offset + size);
5877
5878                 va = kva_alloc(size);
5879                 if (va == 0)
5880                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5881
5882                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5883                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5884
5885                 /* L3 table is linked */
5886                 va = trunc_page(va);
5887                 pa = trunc_page(pa);
5888                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5889         }
5890
5891         return ((void *)(va + offset));
5892 }
5893
5894 void
5895 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5896 {
5897         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5898         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5899         pd_entry_t *pde;
5900         pt_entry_t *l2;
5901         int i, lvl, l2_blocks, block;
5902         bool preinit_map;
5903
5904         l2_blocks =
5905            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5906         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5907
5908         /* Remove preinit mapping */
5909         preinit_map = false;
5910         block = 0;
5911         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5912                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5913                 if (ppim->va == va) {
5914                         KASSERT(ppim->size == size,
5915                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5916                         ppim->va = 0;
5917                         ppim->pa = 0;
5918                         ppim->size = 0;
5919                         preinit_map = true;
5920                         offset = block * L2_SIZE;
5921                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5922
5923                         /* Remove L2_BLOCK */
5924                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5925                         KASSERT(pde != NULL,
5926                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5927                             va_trunc));
5928                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5929                         pmap_clear(l2);
5930
5931                         if (block == (l2_blocks - 1))
5932                                 break;
5933                         block++;
5934                 }
5935         }
5936         if (preinit_map) {
5937                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5938                 return;
5939         }
5940
5941         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5942         if (vm_initialized) {
5943                 offset = va & PAGE_MASK;
5944                 size = round_page(offset + size);
5945                 va = trunc_page(va);
5946
5947                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5948                 KASSERT(pde != NULL,
5949                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5950                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5951
5952                 /* Unmap and invalidate the pages */
5953                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5954                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5955
5956                 kva_free(va, size);
5957         }
5958 }
5959
5960 /*
5961  * Sets the memory attribute for the specified page.
5962  */
5963 void
5964 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5965 {
5966
5967         m->md.pv_memattr = ma;
5968
5969         /*
5970          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5971          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5972          * required for data coherence.
5973          */
5974         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5975             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5976             m->md.pv_memattr) != 0)
5977                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5978 }
5979
5980 /*
5981  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5982  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5983  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5984  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5985  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5986  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5987  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5988  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5989  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5990  * same physical page have different memory types.
5991  *
5992  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5993  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5994  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5995  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5996  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5997  * virtual address range or the direct map.
5998  */
5999 int
6000 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6001 {
6002         int error;
6003
6004         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6005         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6006         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6007         return (error);
6008 }
6009
6010 static int
6011 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6012 {
6013         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6014         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
6015         int lvl;
6016
6017         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6018         base = trunc_page(va);
6019         offset = va & PAGE_MASK;
6020         size = round_page(offset + size);
6021
6022         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6023             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6024                 return (EINVAL);
6025
6026         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6027                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6028                 if (pte == NULL)
6029                         return (EINVAL);
6030
6031                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
6032                         /*
6033                          * We already have the correct attribute,
6034                          * ignore this entry.
6035                          */
6036                         switch (lvl) {
6037                         default:
6038                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6039                         case 1:
6040                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6041                                 break;
6042                         case 2:
6043                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6044                                 break;
6045                         case 3:
6046                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6047                                 break;
6048                         }
6049                 } else {
6050                         /*
6051                          * Split the entry to an level 3 table, then
6052                          * set the new attribute.
6053                          */
6054                         switch (lvl) {
6055                         default:
6056                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6057                         case 1:
6058                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
6059                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6060                                 if (newpte == NULL)
6061                                         return (EINVAL);
6062                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
6063                         case 2:
6064                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
6065                                     tmpva);
6066                                 if (newpte == NULL)
6067                                         return (EINVAL);
6068                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
6069                         case 3:
6070                                 /* Update the entry */
6071                                 l3 = pmap_load(pte);
6072                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
6073                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
6074                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
6075                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
6076
6077                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
6078                                     PAGE_SIZE);
6079
6080                                 /*
6081                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
6082                                  * the cache.
6083                                  */
6084                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6085                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
6086
6087                                 break;
6088                         }
6089                         tmpva += PAGE_SIZE;
6090                 }
6091         }
6092
6093         return (0);
6094 }
6095
6096 /*
6097  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6098  */
6099 static pt_entry_t *
6100 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6101 {
6102         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6103         vm_offset_t tmpl1;
6104         vm_paddr_t l2phys, phys;
6105         vm_page_t ml2;
6106         int i;
6107
6108         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6109         oldl1 = pmap_load(l1);
6110         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6111             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6112         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6113             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6114         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6115             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6116
6117         tmpl1 = 0;
6118         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6119                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6120                 if (tmpl1 == 0)
6121                         return (NULL);
6122         }
6123
6124         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6125             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6126                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6127                     " in pmap %p", va, pmap);
6128                 return (NULL);
6129         }
6130
6131         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6132         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6133
6134         /* Address the range points at */
6135         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6136         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6137         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6138
6139         /* Create the new entries */
6140         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6141                 l2[i] = newl2 | phys;
6142                 phys += L2_SIZE;
6143         }
6144         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6145             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6146             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6147
6148         if (tmpl1 != 0) {
6149                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6150                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6151                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6152                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6153         }
6154
6155         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6156
6157         if (tmpl1 != 0) {
6158                 pmap_kremove(tmpl1);
6159                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6160         }
6161
6162         return (l2);
6163 }
6164
6165 static void
6166 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6167 {
6168         pt_entry_t *l3;
6169
6170         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6171                 *l3 = newl3;
6172                 newl3 += L3_SIZE;
6173         }
6174 }
6175
6176 static void
6177 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6178     struct rwlock **lockp)
6179 {
6180         struct spglist free;
6181
6182         SLIST_INIT(&free);
6183         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6184             lockp);
6185         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6186 }
6187
6188 /*
6189  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6190  */
6191 static pt_entry_t *
6192 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6193     struct rwlock **lockp)
6194 {
6195         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6196         vm_offset_t tmpl2;
6197         vm_paddr_t l3phys;
6198         vm_page_t ml3;
6199
6200         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6201         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6202         l3 = NULL;
6203         oldl2 = pmap_load(l2);
6204         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6205             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6206         va &= ~L2_OFFSET;
6207
6208         tmpl2 = 0;
6209         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6210                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6211                 if (tmpl2 == 0)
6212                         return (NULL);
6213         }
6214
6215         /*
6216          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6217          * mapping was never accessed.
6218          */
6219         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6220                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6221                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6222                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6223                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6224                     va, pmap);
6225                 goto fail;
6226         }
6227
6228         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6229                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6230                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6231                     " is missing"));
6232
6233                 /*
6234                  * If the page table page is missing and the mapping
6235                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6236                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6237                  * for every other part of the kernel address space,
6238                  * so the direct map region is the only part of the
6239                  * kernel address space that must be handled here.
6240                  */
6241                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
6242                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6243
6244                 /*
6245                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6246                  * region of the kernel's address space, then the page
6247                  * allocation request specifies the highest possible
6248                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6249                  * priority is normal.
6250                  */
6251                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
6252                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
6253                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
6254
6255                 /*
6256                  * If the allocation of the new page table page fails,
6257                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6258                  */
6259                 if (ml3 == NULL) {
6260                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6261                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6262                             " in pmap %p", va, pmap);
6263                         goto fail;
6264                 }
6265
6266                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6267                         ml3->ref_count = NL3PG;
6268                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6269                 }
6270         }
6271         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6272         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6273         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6274         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6275             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6276             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6277
6278         /*
6279          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6280          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6281          *
6282          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6283          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6284          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6285          */
6286         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6287                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6288
6289         /*
6290          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6291          */
6292         if (tmpl2 != 0) {
6293                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6294                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6295                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6296                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6297         }
6298
6299         /*
6300          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6301          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6302          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6303          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6304          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6305          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6306          */
6307         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6308                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6309
6310         /*
6311          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6312          * the 2MB page mapping.
6313          */
6314         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6315
6316         /*
6317          * Demote the PV entry.
6318          */
6319         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6320                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6321
6322         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6323         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6324             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6325
6326 fail:
6327         if (tmpl2 != 0) {
6328                 pmap_kremove(tmpl2);
6329                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6330         }
6331
6332         return (l3);
6333
6334 }
6335
6336 static pt_entry_t *
6337 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6338 {
6339         struct rwlock *lock;
6340         pt_entry_t *l3;
6341
6342         lock = NULL;
6343         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6344         if (lock != NULL)
6345                 rw_wunlock(lock);
6346         return (l3);
6347 }
6348
6349 /*
6350  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6351  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6352  * find other mappings.
6353  */
6354 int
6355 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6356 {
6357         pt_entry_t *pte, tpte;
6358         vm_paddr_t mask, pa;
6359         int lvl, val;
6360         bool managed;
6361
6362         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6363         PMAP_LOCK(pmap);
6364         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6365         if (pte != NULL) {
6366                 tpte = pmap_load(pte);
6367
6368                 switch (lvl) {
6369                 case 3:
6370                         mask = L3_OFFSET;
6371                         break;
6372                 case 2:
6373                         mask = L2_OFFSET;
6374                         break;
6375                 case 1:
6376                         mask = L1_OFFSET;
6377                         break;
6378                 default:
6379                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6380                 }
6381
6382                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6383                 val = MINCORE_INCORE;
6384                 if (lvl != 3)
6385                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6386                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6387                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6388                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6389                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6390                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6391
6392                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6393         } else {
6394                 managed = false;
6395                 val = 0;
6396         }
6397
6398         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6399             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6400                 *pap = pa;
6401         }
6402         PMAP_UNLOCK(pmap);
6403         return (val);
6404 }
6405
6406 /*
6407  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6408  * reserved.
6409  */
6410 static void
6411 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6412 {
6413         pmap_t curpmap;
6414         int asid, cpuid, epoch;
6415         struct asid_set *set;
6416         enum pmap_stage stage;
6417
6418         set = pmap->pm_asid_set;
6419         stage = pmap->pm_stage;
6420
6421         set = pmap->pm_asid_set;
6422         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6423         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6424
6425         /*
6426          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6427          * loads from pc_curpmap are performed.
6428          */
6429         epoch = set->asid_epoch + 1;
6430         if (epoch == INT_MAX)
6431                 epoch = 0;
6432         set->asid_epoch = epoch;
6433         dsb(ishst);
6434         if (stage == PM_STAGE1) {
6435                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6436         } else {
6437                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6438                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6439                     __func__));
6440                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6441         }
6442         dsb(ish);
6443         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6444             set->asid_set_size - 1);
6445         CPU_FOREACH(cpuid) {
6446                 if (cpuid == curcpu)
6447                         continue;
6448                 if (stage == PM_STAGE1) {
6449                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6450                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6451                 } else {
6452                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6453                         if (curpmap == NULL)
6454                                 continue;
6455                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6456                 }
6457                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6458                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6459                 if (asid == -1)
6460                         continue;
6461                 bit_set(set->asid_set, asid);
6462                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6463         }
6464 }
6465
6466 /*
6467  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6468  */
6469 static void
6470 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6471 {
6472         struct asid_set *set;
6473         int new_asid;
6474
6475         set = pmap->pm_asid_set;
6476         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6477
6478         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6479
6480         /*
6481          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6482          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6483          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6484          * don't need to allocate a new ASID.
6485          */
6486         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6487                 goto out;
6488
6489         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6490             &new_asid);
6491         if (new_asid == -1) {
6492                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6493                     set->asid_next, &new_asid);
6494                 if (new_asid == -1) {
6495                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6496                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6497                             set->asid_set_size, &new_asid);
6498                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6499                 }
6500         }
6501         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6502         set->asid_next = new_asid + 1;
6503         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6504 out:
6505         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6506 }
6507
6508 /*
6509  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6510  * pmap.  This value may change from time to time.
6511  */
6512 uint64_t
6513 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6514 {
6515
6516         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6517             pmap->pm_l0_paddr);
6518 }
6519
6520 static bool
6521 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6522 {
6523         struct asid_set *set;
6524         int epoch;
6525
6526         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6527         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6528
6529         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6530             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6531                 /*
6532                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6533                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6534                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6535                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6536                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6537                  * instructions performed on the old processor have completed.
6538                  */
6539                 dsb(ish);
6540                 return (false);
6541         }
6542
6543         set = pmap->pm_asid_set;
6544         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6545
6546         /*
6547          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6548          * load from asid_epoch is performed.
6549          */
6550         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6551                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6552         else
6553                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6554         dsb(ish);
6555         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6556         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6557                 pmap_alloc_asid(pmap);
6558
6559         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6560                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6561                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6562                         invalidate_local_icache();
6563         }
6564         return (true);
6565 }
6566
6567 void
6568 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6569 {
6570
6571         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6572
6573         (void)pmap_activate_int(pmap);
6574 }
6575
6576 void
6577 pmap_activate(struct thread *td)
6578 {
6579         pmap_t  pmap;
6580
6581         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6582         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6583         critical_enter();
6584         (void)pmap_activate_int(pmap);
6585         critical_exit();
6586 }
6587
6588 /*
6589  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6590  * to cpu_switch().
6591  */
6592 struct pcb *
6593 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6594 {
6595         pcpu_bp_harden bp_harden;
6596         struct pcb *pcb;
6597
6598         /* Store the new curthread */
6599         PCPU_SET(curthread, new);
6600
6601         /* And the new pcb */
6602         pcb = new->td_pcb;
6603         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6604
6605         /*
6606          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6607          * to a user process.
6608          */
6609
6610         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6611                 /*
6612                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6613                  * other processes. This will call into a CPU specific
6614                  * function that clears the branch predictor state.
6615                  */
6616                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6617                 if (bp_harden != NULL)
6618                         bp_harden();
6619         }
6620
6621         return (pcb);
6622 }
6623
6624 void
6625 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6626 {
6627
6628         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6629         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6630                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6631         } else {
6632                 u_int len, offset;
6633                 vm_paddr_t pa;
6634
6635                 /* Find the length of data in this page to flush */
6636                 offset = va & PAGE_MASK;
6637                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6638
6639                 while (sz != 0) {
6640                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6641                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6642                         if (pa != 0)
6643                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6644
6645                         /* Move to the next page */
6646                         sz -= len;
6647                         va += len;
6648                         /* Set the length for the next iteration */
6649                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6650                 }
6651         }
6652 }
6653
6654 static int
6655 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6656 {
6657         pd_entry_t *pdep;
6658         pt_entry_t *ptep, pte;
6659         int rv, lvl, dfsc;
6660
6661         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6662         rv = KERN_FAILURE;
6663
6664         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6665         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6666         switch (dfsc) {
6667         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6668         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6669         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6670         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6671                 PMAP_LOCK(pmap);
6672                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6673                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6674                         PMAP_LOCK(pmap);
6675                         break;
6676                 }
6677
6678                 switch (lvl) {
6679                 case 0:
6680                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6681                         break;
6682                 case 1:
6683                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6684                         break;
6685                 case 2:
6686                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6687                         break;
6688                 default:
6689                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6690                 }
6691                 goto fault_exec;
6692
6693         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6694         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6695         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6696                 PMAP_LOCK(pmap);
6697                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6698 fault_exec:
6699                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6700                         if (icache_vmid) {
6701                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6702                         } else {
6703                                 /*
6704                                  * If accessing an executable page invalidate
6705                                  * the I-cache so it will be valid when we
6706                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6707                                  * is assumed to already be clean to the Point
6708                                  * of Coherency.
6709                                  */
6710                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6711                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6712                                         invalidate_icache();
6713                                 }
6714                         }
6715                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6716                         rv = KERN_SUCCESS;
6717                 }
6718                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6719                 break;
6720         }
6721
6722         return (rv);
6723 }
6724
6725 int
6726 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6727 {
6728         pt_entry_t pte, *ptep;
6729         register_t intr;
6730         uint64_t ec, par;
6731         int lvl, rv;
6732
6733         rv = KERN_FAILURE;
6734
6735         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6736         switch (ec) {
6737         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6738         case EXCP_INSN_ABORT:
6739         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6740         case EXCP_DATA_ABORT:
6741                 break;
6742         default:
6743                 return (rv);
6744         }
6745
6746         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6747                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6748
6749         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6750         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6751         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6752         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6753         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6754                 PMAP_LOCK(pmap);
6755                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6756                 if (ptep != NULL) {
6757                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6758                         rv = KERN_SUCCESS;
6759                         /*
6760                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6761                          * dirty if this is a write fault.
6762                          */
6763                 }
6764                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6765                 break;
6766         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6767         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6768         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6769                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6770                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6771                         return (rv);
6772                 PMAP_LOCK(pmap);
6773                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6774                 if (ptep != NULL &&
6775                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6776                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6777                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6778                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6779                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6780                         }
6781                         rv = KERN_SUCCESS;
6782                 }
6783                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6784                 break;
6785         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6786         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6787         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6788         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6789                 /*
6790                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6791                  * produce a transient fault.
6792                  */
6793                 if (pmap == kernel_pmap) {
6794                         /*
6795                          * The translation fault may have occurred within a
6796                          * critical section.  Therefore, we must check the
6797                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6798                          */
6799                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6800                                 rv = KERN_SUCCESS;
6801                 } else {
6802                         PMAP_LOCK(pmap);
6803                         /* Ask the MMU to check the address. */
6804                         intr = intr_disable();
6805                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6806                         intr_restore(intr);
6807                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6808
6809                         /*
6810                          * If the translation was successful, then we can
6811                          * return success to the trap handler.
6812                          */
6813                         if (PAR_SUCCESS(par))
6814                                 rv = KERN_SUCCESS;
6815                 }
6816                 break;
6817         }
6818
6819         return (rv);
6820 }
6821
6822 /*
6823  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6824  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6825  */
6826 void
6827 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6828     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6829 {
6830         vm_offset_t superpage_offset;
6831
6832         if (size < L2_SIZE)
6833                 return;
6834         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6835                 offset += ptoa(object->pg_color);
6836         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6837         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6838             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6839                 return;
6840         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6841                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6842         else
6843                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6844 }
6845
6846 /**
6847  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6848  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6849  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6850  *
6851  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6852  *                    address on the kernel memory map.
6853  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6854  *                    of the pages passed in the page parameter.
6855  * \param count       Number of pages passed in.
6856  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6857  *                    page faults, FALSE otherwise.
6858  *
6859  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6860  *          finished or FALSE otherwise.
6861  *
6862  */
6863 boolean_t
6864 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6865     boolean_t can_fault)
6866 {
6867         vm_paddr_t paddr;
6868         boolean_t needs_mapping;
6869         int error, i;
6870
6871         /*
6872          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6873          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6874          */
6875         needs_mapping = FALSE;
6876         for (i = 0; i < count; i++) {
6877                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6878                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6879                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6880                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6881                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6882                         needs_mapping = TRUE;
6883                 } else {
6884                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6885                 }
6886         }
6887
6888         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6889         if (!needs_mapping)
6890                 return (FALSE);
6891
6892         if (!can_fault)
6893                 sched_pin();
6894         for (i = 0; i < count; i++) {
6895                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6896                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6897                         panic(
6898                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6899                 }
6900         }
6901
6902         return (needs_mapping);
6903 }
6904
6905 void
6906 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6907     boolean_t can_fault)
6908 {
6909         vm_paddr_t paddr;
6910         int i;
6911
6912         if (!can_fault)
6913                 sched_unpin();
6914         for (i = 0; i < count; i++) {
6915                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6916                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6917                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6918                 }
6919         }
6920 }
6921
6922 boolean_t
6923 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6924 {
6925
6926         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6927 }
6928
6929 /*
6930  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6931  * in various mapping attributes.
6932  */
6933 struct pmap_kernel_map_range {
6934         vm_offset_t sva;
6935         pt_entry_t attrs;
6936         int l3pages;
6937         int l3contig;
6938         int l2blocks;
6939         int l1blocks;
6940 };
6941
6942 static void
6943 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6944     vm_offset_t eva)
6945 {
6946         const char *mode;
6947         int index;
6948
6949         if (eva <= range->sva)
6950                 return;
6951
6952         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6953         switch (index) {
6954         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6955                 mode = "DEV";
6956                 break;
6957         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6958                 mode = "UC";
6959                 break;
6960         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6961                 mode = "WB";
6962                 break;
6963         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6964                 mode = "WT";
6965                 break;
6966         default:
6967                 printf(
6968                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6969                     __func__, index, range->sva, eva);
6970                 mode = "??";
6971                 break;
6972         }
6973
6974         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6975             range->sva, eva,
6976             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6977             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6978             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6979             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6980             range->l3pages);
6981
6982         /* Reset to sentinel value. */
6983         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6984 }
6985
6986 /*
6987  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6988  * being tracked by the current range.
6989  */
6990 static bool
6991 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6992 {
6993
6994         return (range->attrs == attrs);
6995 }
6996
6997 static void
6998 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6999     pt_entry_t attrs)
7000 {
7001
7002         memset(range, 0, sizeof(*range));
7003         range->sva = va;
7004         range->attrs = attrs;
7005 }
7006
7007 /*
7008  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7009  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7010  * begin a new run.
7011  */
7012 static void
7013 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7014     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7015     pt_entry_t l3e)
7016 {
7017         pt_entry_t attrs;
7018
7019         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7020         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7021         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
7022                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7023         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7024         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
7025                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7026         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
7027
7028         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7029                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7030                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7031         }
7032 }
7033
7034 static int
7035 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7036 {
7037         struct pmap_kernel_map_range range;
7038         struct sbuf sbuf, *sb;
7039         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7040         pt_entry_t *l3, l3e;
7041         vm_offset_t sva;
7042         vm_paddr_t pa;
7043         int error, i, j, k, l;
7044
7045         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7046         if (error != 0)
7047                 return (error);
7048         sb = &sbuf;
7049         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7050
7051         /* Sentinel value. */
7052         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7053
7054         /*
7055          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7056          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7057          * observe inconsistencies in the output.
7058          */
7059         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7060             i++) {
7061                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7062                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7063                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7064                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7065
7066                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7067                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7068                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7069                         sva += L0_SIZE;
7070                         continue;
7071                 }
7072                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7073                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7074
7075                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7076                         l1e = l1[j];
7077                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7078                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7079                                 sva += L1_SIZE;
7080                                 continue;
7081                         }
7082                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7083                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7084                                     0, 0);
7085                                 range.l1blocks++;
7086                                 sva += L1_SIZE;
7087                                 continue;
7088                         }
7089                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7090                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7091
7092                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7093                                 l2e = l2[k];
7094                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7095                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7096                                         sva += L2_SIZE;
7097                                         continue;
7098                                 }
7099                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7100                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7101                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7102                                         range.l2blocks++;
7103                                         sva += L2_SIZE;
7104                                         continue;
7105                                 }
7106                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7107                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7108
7109                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7110                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7111                                         l3e = l3[l];
7112                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7113                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7114                                                     sva);
7115                                                 continue;
7116                                         }
7117                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7118                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7119                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7120                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7121                                                     1 : 0;
7122                                         else
7123                                                 range.l3pages++;
7124                                 }
7125                         }
7126                 }
7127         }
7128
7129         error = sbuf_finish(sb);
7130         sbuf_delete(sb);
7131         return (error);
7132 }
7133 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7134     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
7135     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7136     "Dump kernel address layout");