]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
MFV r361322:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / riscv / riscv / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
15  * All rights reserved.
16  * Copyright (c) 2014 The FreeBSD Foundation
17  * All rights reserved.
18  * Copyright (c) 2015-2018 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
19  * All rights reserved.
20  *
21  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
22  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
23  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
24  *
25  * Portions of this software were developed by Andrew Turner under
26  * sponsorship from The FreeBSD Foundation.
27  *
28  * Portions of this software were developed by SRI International and the
29  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
30  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
31  *
32  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
33  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
34  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
35  *
36  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
37  * modification, are permitted provided that the following conditions
38  * are met:
39  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
40  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
41  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
42  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
43  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
44  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
45  *    must display the following acknowledgement:
46  *      This product includes software developed by the University of
47  *      California, Berkeley and its contributors.
48  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
49  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
50  *    without specific prior written permission.
51  *
52  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
53  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
54  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
55  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
56  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
57  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
58  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
59  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
60  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
61  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
62  * SUCH DAMAGE.
63  *
64  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
65  */
66 /*-
67  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
68  * All rights reserved.
69  *
70  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
71  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
72  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
73  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
74  * CHATS research program.
75  *
76  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
77  * modification, are permitted provided that the following conditions
78  * are met:
79  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
80  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
81  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
82  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
83  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
84  *
85  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
86  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
87  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
88  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
89  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
90  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
91  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
92  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
93  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
94  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
95  * SUCH DAMAGE.
96  */
97
98 #include <sys/cdefs.h>
99 __FBSDID("$FreeBSD$");
100
101 /*
102  *      Manages physical address maps.
103  *
104  *      Since the information managed by this module is
105  *      also stored by the logical address mapping module,
106  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
107  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
108  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
109  *      requested.
110  *
111  *      In order to cope with hardware architectures which
112  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
113  *      this module may delay invalidate or reduced protection
114  *      operations until such time as they are actually
115  *      necessary.  This module is given full information as
116  *      to which processors are currently using which maps,
117  *      and to when physical maps must be made correct.
118  */
119
120 #include <sys/param.h>
121 #include <sys/systm.h>
122 #include <sys/bitstring.h>
123 #include <sys/bus.h>
124 #include <sys/cpuset.h>
125 #include <sys/kernel.h>
126 #include <sys/ktr.h>
127 #include <sys/lock.h>
128 #include <sys/malloc.h>
129 #include <sys/mman.h>
130 #include <sys/msgbuf.h>
131 #include <sys/mutex.h>
132 #include <sys/physmem.h>
133 #include <sys/proc.h>
134 #include <sys/rwlock.h>
135 #include <sys/sbuf.h>
136 #include <sys/sx.h>
137 #include <sys/vmem.h>
138 #include <sys/vmmeter.h>
139 #include <sys/sched.h>
140 #include <sys/sysctl.h>
141 #include <sys/smp.h>
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/uma.h>
156
157 #include <machine/machdep.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/sbi.h>
161
162 #define NUL1E           (Ln_ENTRIES * Ln_ENTRIES)
163 #define NUL2E           (Ln_ENTRIES * NUL1E)
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_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
185
186 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
187                         (&pv_list_locks[pmap_l2_pindex(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
188
189 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
190         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
191         struct rwlock *_new_lock;                       \
192                                                         \
193         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
194         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
195                 if (*_lockp != NULL)                    \
196                         rw_wunlock(*_lockp);            \
197                 *_lockp = _new_lock;                    \
198                 rw_wlock(*_lockp);                      \
199         }                                               \
200 } while (0)
201
202 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
203                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
204
205 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
206         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
207                                                         \
208         if (*_lockp != NULL) {                          \
209                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
210                 *_lockp = NULL;                         \
211         }                                               \
212 } while (0)
213
214 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
215                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
216
217 /* The list of all the user pmaps */
218 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
219 static struct pmaplist allpmaps = LIST_HEAD_INITIALIZER();
220
221 struct pmap kernel_pmap_store;
222
223 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
224 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
225 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
226
227 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
228 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
229 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
230
231 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
232 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
233 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
234
235 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
236 static struct mtx_padalign allpmaps_lock;
237
238 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
239     "VM/pmap parameters");
240
241 static int superpages_enabled = 1;
242 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
243     CTLFLAG_RDTUN, &superpages_enabled, 0,
244     "Enable support for transparent superpages");
245
246 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
247     "2MB page mapping counters");
248
249 static u_long pmap_l2_demotions;
250 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
251     &pmap_l2_demotions, 0,
252     "2MB page demotions");
253
254 static u_long pmap_l2_mappings;
255 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
256     &pmap_l2_mappings, 0,
257     "2MB page mappings");
258
259 static u_long pmap_l2_p_failures;
260 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
261     &pmap_l2_p_failures, 0,
262     "2MB page promotion failures");
263
264 static u_long pmap_l2_promotions;
265 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
266     &pmap_l2_promotions, 0,
267     "2MB page promotions");
268
269 /*
270  * Data for the pv entry allocation mechanism
271  */
272 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
273 static struct mtx pv_chunks_mutex;
274 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
275 static struct md_page *pv_table;
276 static struct md_page pv_dummy;
277
278 extern cpuset_t all_harts;
279
280 /*
281  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
282  */
283 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
284 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
285
286 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
287 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
288 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
289 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
290 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
291 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
292                     vm_offset_t va);
293 static bool     pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va);
294 static bool     pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2,
295                     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
296 static int      pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
297                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
298 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
299     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
300 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
301     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
302 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
303     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
304
305 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
306                 struct rwlock **lockp);
307
308 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
309     struct spglist *free);
310 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
311
312 #define pmap_clear(pte)                 pmap_store(pte, 0)
313 #define pmap_clear_bits(pte, bits)      atomic_clear_64(pte, bits)
314 #define pmap_load_store(pte, entry)     atomic_swap_64(pte, entry)
315 #define pmap_load_clear(pte)            pmap_load_store(pte, 0)
316 #define pmap_load(pte)                  atomic_load_64(pte)
317 #define pmap_store(pte, entry)          atomic_store_64(pte, entry)
318 #define pmap_store_bits(pte, bits)      atomic_set_64(pte, bits)
319
320 /********************/
321 /* Inline functions */
322 /********************/
323
324 static __inline void
325 pagecopy(void *s, void *d)
326 {
327
328         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
329 }
330
331 static __inline void
332 pagezero(void *p)
333 {
334
335         bzero(p, PAGE_SIZE);
336 }
337
338 #define pmap_l1_index(va)       (((va) >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
339 #define pmap_l2_index(va)       (((va) >> L2_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
340 #define pmap_l3_index(va)       (((va) >> L3_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
341
342 #define PTE_TO_PHYS(pte)        ((pte >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
343
344 static __inline pd_entry_t *
345 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
346 {
347
348         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
349 }
350
351 static __inline pd_entry_t *
352 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
353 {
354         vm_paddr_t phys;
355         pd_entry_t *l2;
356
357         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
358         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
359
360         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
361 }
362
363 static __inline pd_entry_t *
364 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
365 {
366         pd_entry_t *l1;
367
368         l1 = pmap_l1(pmap, va);
369         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
370                 return (NULL);
371         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
372                 return (NULL);
373
374         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
375 }
376
377 static __inline pt_entry_t *
378 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
379 {
380         vm_paddr_t phys;
381         pt_entry_t *l3;
382
383         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
384         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
385
386         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
387 }
388
389 static __inline pt_entry_t *
390 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
391 {
392         pd_entry_t *l2;
393
394         l2 = pmap_l2(pmap, va);
395         if (l2 == NULL)
396                 return (NULL);
397         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
398                 return (NULL);
399         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
400                 return (NULL);
401
402         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
403 }
404
405 static __inline void
406 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
407 {
408
409         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
410         pmap->pm_stats.resident_count += count;
411 }
412
413 static __inline void
414 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
415 {
416
417         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
418         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
419             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
420             pmap->pm_stats.resident_count, count));
421         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
422 }
423
424 static void
425 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
426     pt_entry_t entry)
427 {
428         struct pmap *user_pmap;
429         pd_entry_t *l1;
430
431         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
432         if (pmap != kernel_pmap)
433                 return;
434
435         mtx_lock(&allpmaps_lock);
436         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
437                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
438                 pmap_store(l1, entry);
439         }
440         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
441 }
442
443 static pt_entry_t *
444 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
445     u_int *l2_slot)
446 {
447         pt_entry_t *l2;
448         pd_entry_t *l1;
449
450         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
451         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
452
453         /* Check locore has used a table L1 map */
454         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
455                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
456
457         /* Find the address of the L2 table */
458         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
459         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
460
461         return (l2);
462 }
463
464 static vm_paddr_t
465 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
466 {
467         u_int l1_slot, l2_slot;
468         pt_entry_t *l2;
469         vm_paddr_t ret;
470
471         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
472
473         /* Check locore has used L2 superpages */
474         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
475                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
476
477         /* L2 is superpages */
478         ret = (l2[l2_slot] >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
479         ret += (va & L2_OFFSET);
480
481         return (ret);
482 }
483
484 static void
485 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
486 {
487         vm_offset_t va;
488         vm_paddr_t pa;
489         pd_entry_t *l1;
490         u_int l1_slot;
491         pt_entry_t entry;
492         pn_t pn;
493
494         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
495         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
496         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
497         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
498
499         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
500             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
501                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
502
503                 /* superpages */
504                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
505                 entry = PTE_KERN;
506                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
507                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
508         }
509
510         /* Set the upper limit of the DMAP region */
511         dmap_phys_max = pa;
512         dmap_max_addr = va;
513
514         sfence_vma();
515 }
516
517 static vm_offset_t
518 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
519 {
520         vm_offset_t l3pt;
521         pt_entry_t entry;
522         pd_entry_t *l2;
523         vm_paddr_t pa;
524         u_int l2_slot;
525         pn_t pn;
526
527         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
528
529         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
530         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
531         l2_slot = pmap_l2_index(va);
532         l3pt = l3_start;
533
534         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
535                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
536
537                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
538                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
539                 entry = (PTE_V);
540                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
541                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
542                 l3pt += PAGE_SIZE;
543         }
544
545
546         /* Clean the L2 page table */
547         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
548
549         return (l3pt);
550 }
551
552 /*
553  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
554  */
555 void
556 pmap_bootstrap(vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
557 {
558         u_int l1_slot, l2_slot;
559         vm_offset_t freemempos;
560         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
561         vm_paddr_t max_pa, min_pa, pa;
562         pt_entry_t *l2p;
563         int i;
564
565         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
566         printf("%lx\n", l1pt);
567         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
568
569         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
570         kernel_pmap_store.pm_l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
571         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
572
573         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
574
575         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
576
577         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address. */
578         min_pa = max_pa = kernstart;
579
580         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
581         physmap_idx /= 2;
582
583         /*
584          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
585          * but may contain empty ranges.
586          */
587         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
588                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
589                         continue;
590                 if (physmap[i] <= min_pa)
591                         min_pa = physmap[i];
592                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
593                         max_pa = physmap[i + 1];
594         }
595         printf("physmap_idx %lx\n", physmap_idx);
596         printf("min_pa %lx\n", min_pa);
597         printf("max_pa %lx\n", max_pa);
598
599         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
600         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
601
602         /*
603          * Read the page table to find out what is already mapped.
604          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
605          * using a single L1 entry.
606          */
607         (void)pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
608
609         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
610         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
611
612         freemempos = roundup2(KERNBASE + kernlen, PAGE_SIZE);
613
614         /* Create the l3 tables for the early devmap */
615         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
616             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
617
618         /*
619          * Invalidate the mapping we created for the DTB. At this point a copy
620          * has been created, and we no longer need it. We want to avoid the
621          * possibility of an aliased mapping in the future.
622          */
623         l2p = pmap_l2(kernel_pmap, VM_EARLY_DTB_ADDRESS);
624         KASSERT((pmap_load(l2p) & PTE_V) != 0, ("dtpb not mapped"));
625         pmap_clear(l2p);
626
627         sfence_vma();
628
629 #define alloc_pages(var, np)                                            \
630         (var) = freemempos;                                             \
631         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
632         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
633
634         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
635         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
636         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
637
638         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
639         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
640         msgbufp = (void *)msgbufpv;
641
642         virtual_avail = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
643         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
644         kernel_vm_end = virtual_avail;
645         
646         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
647
648         physmem_exclude_region(kernstart, pa - kernstart, EXFLAG_NOALLOC);
649 }
650
651 /*
652  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
653  */
654 void
655 pmap_page_init(vm_page_t m)
656 {
657
658         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
659         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
660 }
661
662 /*
663  *      Initialize the pmap module.
664  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
665  *      system needs to map virtual memory.
666  */
667 void
668 pmap_init(void)
669 {
670         vm_size_t s;
671         int i, pv_npg;
672
673         /*
674          * Initialize the pv chunk and pmap list mutexes.
675          */
676         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
677         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_DEF);
678
679         /*
680          * Initialize the pool of pv list locks.
681          */
682         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
683                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
684
685         /*
686          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
687          */
688         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
689
690         /*
691          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
692          */
693         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
694         s = round_page(s);
695         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
696         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
697                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
698         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
699
700         if (superpages_enabled)
701                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
702 }
703
704 #ifdef SMP
705 /*
706  * For SMP, these functions have to use IPIs for coherence.
707  *
708  * In general, the calling thread uses a plain fence to order the
709  * writes to the page tables before invoking an SBI callback to invoke
710  * sfence_vma() on remote CPUs.
711  */
712 static void
713 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
714 {
715         cpuset_t mask;
716
717         sched_pin();
718         mask = pmap->pm_active;
719         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
720         fence();
721         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
722                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, va, 1);
723         sfence_vma_page(va);
724         sched_unpin();
725 }
726
727 static void
728 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
729 {
730         cpuset_t mask;
731
732         sched_pin();
733         mask = pmap->pm_active;
734         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
735         fence();
736         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
737                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, sva, eva - sva + 1);
738
739         /*
740          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
741          * number of pages in the future.
742          */
743         sfence_vma();
744         sched_unpin();
745 }
746
747 static void
748 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
749 {
750         cpuset_t mask;
751
752         sched_pin();
753         mask = pmap->pm_active;
754         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
755
756         /*
757          * XXX: The SBI doc doesn't detail how to specify x0 as the
758          * address to perform a global fence.  BBL currently treats
759          * all sfence_vma requests as global however.
760          */
761         fence();
762         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
763                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, 0, 0);
764         sfence_vma();
765         sched_unpin();
766 }
767 #else
768 /*
769  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
770  * We inline these within pmap.c for speed.
771  */
772 static __inline void
773 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
774 {
775
776         sfence_vma_page(va);
777 }
778
779 static __inline void
780 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
781 {
782
783         /*
784          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
785          * number of pages in the future.
786          */
787         sfence_vma();
788 }
789
790 static __inline void
791 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
792 {
793
794         sfence_vma();
795 }
796 #endif
797
798 /*
799  *      Routine:        pmap_extract
800  *      Function:
801  *              Extract the physical page address associated
802  *              with the given map/virtual_address pair.
803  */
804 vm_paddr_t 
805 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
806 {
807         pd_entry_t *l2p, l2;
808         pt_entry_t *l3p, l3;
809         vm_paddr_t pa;
810
811         pa = 0;
812         PMAP_LOCK(pmap);
813         /*
814          * Start with the l2 tabel. We are unable to allocate
815          * pages in the l1 table.
816          */
817         l2p = pmap_l2(pmap, va);
818         if (l2p != NULL) {
819                 l2 = pmap_load(l2p);
820                 if ((l2 & PTE_RX) == 0) {
821                         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
822                         if (l3p != NULL) {
823                                 l3 = pmap_load(l3p);
824                                 pa = PTE_TO_PHYS(l3);
825                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
826                         }
827                 } else {
828                         /* L2 is superpages */
829                         pa = (l2 >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
830                         pa |= (va & L2_OFFSET);
831                 }
832         }
833         PMAP_UNLOCK(pmap);
834         return (pa);
835 }
836
837 /*
838  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
839  *      Function:
840  *              Atomically extract and hold the physical page
841  *              with the given pmap and virtual address pair
842  *              if that mapping permits the given protection.
843  */
844 vm_page_t
845 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
846 {
847         pt_entry_t *l3p, l3;
848         vm_paddr_t phys;
849         vm_page_t m;
850
851         m = NULL;
852         PMAP_LOCK(pmap);
853         l3p = pmap_l3(pmap, va);
854         if (l3p != NULL && (l3 = pmap_load(l3p)) != 0) {
855                 if ((l3 & PTE_W) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
856                         phys = PTE_TO_PHYS(l3);
857                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
858                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
859                                 m = NULL;
860                 }
861         }
862         PMAP_UNLOCK(pmap);
863         return (m);
864 }
865
866 vm_paddr_t
867 pmap_kextract(vm_offset_t va)
868 {
869         pd_entry_t *l2;
870         pt_entry_t *l3;
871         vm_paddr_t pa;
872
873         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
874                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
875         } else {
876                 l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
877                 if (l2 == NULL)
878                         panic("pmap_kextract: No l2");
879                 if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0) {
880                         /* superpages */
881                         pa = (pmap_load(l2) >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
882                         pa |= (va & L2_OFFSET);
883                         return (pa);
884                 }
885
886                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
887                 if (l3 == NULL)
888                         panic("pmap_kextract: No l3...");
889                 pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3));
890                 pa |= (va & PAGE_MASK);
891         }
892         return (pa);
893 }
894
895 /***************************************************
896  * Low level mapping routines.....
897  ***************************************************/
898
899 void
900 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
901 {
902         pt_entry_t entry;
903         pt_entry_t *l3;
904         vm_offset_t va;
905         pn_t pn;
906
907         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
908            ("pmap_kenter_device: Invalid physical address"));
909         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
910            ("pmap_kenter_device: Invalid virtual address"));
911         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
912             ("pmap_kenter_device: Mapping is not page-sized"));
913
914         va = sva;
915         while (size != 0) {
916                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
917                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
918
919                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
920                 entry = PTE_KERN;
921                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
922                 pmap_store(l3, entry);
923
924                 va += PAGE_SIZE;
925                 pa += PAGE_SIZE;
926                 size -= PAGE_SIZE;
927         }
928         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
929 }
930
931 /*
932  * Remove a page from the kernel pagetables.
933  * Note: not SMP coherent.
934  */
935 PMAP_INLINE void
936 pmap_kremove(vm_offset_t va)
937 {
938         pt_entry_t *l3;
939
940         l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
941         KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
942
943         pmap_clear(l3);
944         sfence_vma();
945 }
946
947 void
948 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
949 {
950         pt_entry_t *l3;
951         vm_offset_t va;
952
953         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
954            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
955         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
956             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
957
958         va = sva;
959         while (size != 0) {
960                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
961                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
962                 pmap_clear(l3);
963
964                 va += PAGE_SIZE;
965                 size -= PAGE_SIZE;
966         }
967
968         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
969 }
970
971 /*
972  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
973  *      virtual address space.
974  *
975  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
976  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
977  *      physical to virtual region can return the appropriate address
978  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
979  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
980  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
981  *      region.
982  */
983 vm_offset_t
984 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
985 {
986
987         return PHYS_TO_DMAP(start);
988 }
989
990
991 /*
992  * Add a list of wired pages to the kva
993  * this routine is only used for temporary
994  * kernel mappings that do not need to have
995  * page modification or references recorded.
996  * Note that old mappings are simply written
997  * over.  The page *must* be wired.
998  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
999  */
1000 void
1001 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1002 {
1003         pt_entry_t *l3, pa;
1004         vm_offset_t va;
1005         vm_page_t m;
1006         pt_entry_t entry;
1007         pn_t pn;
1008         int i;
1009
1010         va = sva;
1011         for (i = 0; i < count; i++) {
1012                 m = ma[i];
1013                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1014                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1015                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1016
1017                 entry = PTE_KERN;
1018                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1019                 pmap_store(l3, entry);
1020
1021                 va += L3_SIZE;
1022         }
1023         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1024 }
1025
1026 /*
1027  * This routine tears out page mappings from the
1028  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1029  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1030  */
1031 void
1032 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1033 {
1034         pt_entry_t *l3;
1035         vm_offset_t va;
1036
1037         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1038
1039         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1040                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1041                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1042                 pmap_clear(l3);
1043         }
1044         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1045 }
1046
1047 bool
1048 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1049 {
1050
1051         return (superpages_enabled);
1052 }
1053
1054 /***************************************************
1055  * Page table page management routines.....
1056  ***************************************************/
1057 /*
1058  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1059  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1060  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1061  */
1062 static __inline void
1063 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1064     boolean_t set_PG_ZERO)
1065 {
1066
1067         if (set_PG_ZERO)
1068                 m->flags |= PG_ZERO;
1069         else
1070                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1071         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1072 }
1073
1074 /*
1075  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1076  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1077  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1078  * ordered by this virtual address range.
1079  *
1080  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1081  */
1082 static __inline int
1083 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1084 {
1085
1086         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1087         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1088         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1089 }
1090
1091 /*
1092  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1093  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1094  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1095  * specified virtual address.
1096  */
1097 static __inline vm_page_t
1098 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1099 {
1100
1101         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1102         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1103 }
1104         
1105 /*
1106  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1107  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1108  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1109  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1110  */
1111 static inline boolean_t
1112 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1113 {
1114
1115         --m->ref_count;
1116         if (m->ref_count == 0) {
1117                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1118                 return (TRUE);
1119         } else {
1120                 return (FALSE);
1121         }
1122 }
1123
1124 static void
1125 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1126 {
1127         vm_paddr_t phys;
1128
1129         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1130         if (m->pindex >= NUL1E) {
1131                 pd_entry_t *l1;
1132                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1133                 pmap_clear(l1);
1134                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1135         } else {
1136                 pd_entry_t *l2;
1137                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1138                 pmap_clear(l2);
1139         }
1140         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1141         if (m->pindex < NUL1E) {
1142                 pd_entry_t *l1;
1143                 vm_page_t pdpg;
1144
1145                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1146                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1147                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1148                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1149         }
1150         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1151
1152         vm_wire_sub(1);
1153
1154         /* 
1155          * Put page on a list so that it is released after
1156          * *ALL* TLB shootdown is done
1157          */
1158         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1159 }
1160
1161 /*
1162  * After removing a page table entry, this routine is used to
1163  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1164  */
1165 static int
1166 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1167     struct spglist *free)
1168 {
1169         vm_page_t mpte;
1170
1171         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1172                 return (0);
1173         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1174         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1175         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1176 }
1177
1178 void
1179 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1180 {
1181
1182         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1183         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1184         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1185         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1186         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1187         pmap_activate_boot(pmap);
1188 }
1189
1190 int
1191 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1192 {
1193         vm_paddr_t l1phys;
1194         vm_page_t l1pt;
1195
1196         /*
1197          * allocate the l1 page
1198          */
1199         while ((l1pt = vm_page_alloc(NULL, 0xdeadbeef, VM_ALLOC_NORMAL |
1200             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1201                 vm_wait(NULL);
1202
1203         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1204         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1205         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1206
1207         if ((l1pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1208                 pagezero(pmap->pm_l1);
1209
1210         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1211
1212         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1213
1214         /* Install kernel pagetables */
1215         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1216
1217         /* Add to the list of all user pmaps */
1218         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1219         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1220         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1221
1222         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1223
1224         return (1);
1225 }
1226
1227 /*
1228  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1229  *
1230  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1231  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1232  *
1233  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1234  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1235  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1236  * race conditions.
1237  */
1238 static vm_page_t
1239 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1240 {
1241         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1242         pt_entry_t entry;
1243         vm_paddr_t phys;
1244         pn_t pn;
1245
1246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1247
1248         /*
1249          * Allocate a page table page.
1250          */
1251         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1252             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1253                 if (lockp != NULL) {
1254                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1255                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1256                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1257                         vm_wait(NULL);
1258                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1259                         PMAP_LOCK(pmap);
1260                 }
1261
1262                 /*
1263                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1264                  * page may have been allocated.
1265                  */
1266                 return (NULL);
1267         }
1268
1269         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1270                 pmap_zero_page(m);
1271
1272         /*
1273          * Map the pagetable page into the process address space, if
1274          * it isn't already there.
1275          */
1276
1277         if (ptepindex >= NUL1E) {
1278                 pd_entry_t *l1;
1279                 vm_pindex_t l1index;
1280
1281                 l1index = ptepindex - NUL1E;
1282                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1283
1284                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1285                 entry = (PTE_V);
1286                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1287                 pmap_store(l1, entry);
1288                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1289         } else {
1290                 vm_pindex_t l1index;
1291                 pd_entry_t *l1, *l2;
1292
1293                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1294                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1295                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1296                         /* recurse for allocating page dir */
1297                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL1E + l1index,
1298                             lockp) == NULL) {
1299                                 vm_page_unwire_noq(m);
1300                                 vm_page_free_zero(m);
1301                                 return (NULL);
1302                         }
1303                 } else {
1304                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1305                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1306                         pdpg->ref_count++;
1307                 }
1308
1309                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1310                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1311                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1312
1313                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1314                 entry = (PTE_V);
1315                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1316                 pmap_store(l2, entry);
1317         }
1318
1319         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1320
1321         return (m);
1322 }
1323
1324 static vm_page_t
1325 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1326 {
1327         pd_entry_t *l1;
1328         vm_page_t l2pg;
1329         vm_pindex_t l2pindex;
1330
1331 retry:
1332         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1333         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0) {
1334                 /* Add a reference to the L2 page. */
1335                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1336                 l2pg->ref_count++;
1337         } else {
1338                 /* Allocate a L2 page. */
1339                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1340                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1341                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1342                         goto retry;
1343         }
1344         return (l2pg);
1345 }
1346
1347 static vm_page_t
1348 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1349 {
1350         vm_pindex_t ptepindex;
1351         pd_entry_t *l2;
1352         vm_paddr_t phys;
1353         vm_page_t m;
1354
1355         /*
1356          * Calculate pagetable page index
1357          */
1358         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1359 retry:
1360         /*
1361          * Get the page directory entry
1362          */
1363         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1364
1365         /*
1366          * If the page table page is mapped, we just increment the
1367          * hold count, and activate it.
1368          */
1369         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1370                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1371                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1372                 m->ref_count++;
1373         } else {
1374                 /*
1375                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1376                  * deallocated.
1377                  */
1378                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1379                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1380                         goto retry;
1381         }
1382         return (m);
1383 }
1384
1385
1386 /***************************************************
1387  * Pmap allocation/deallocation routines.
1388  ***************************************************/
1389
1390 /*
1391  * Release any resources held by the given physical map.
1392  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1393  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1394  */
1395 void
1396 pmap_release(pmap_t pmap)
1397 {
1398         vm_page_t m;
1399
1400         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1401             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1402             pmap->pm_stats.resident_count));
1403         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1404             ("releasing active pmap %p", pmap));
1405
1406         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1407         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1408         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1409
1410         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1411         vm_page_unwire_noq(m);
1412         vm_page_free(m);
1413 }
1414
1415 static int
1416 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1417 {
1418         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1419
1420         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1421 }
1422 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1423     0, 0, kvm_size, "LU",
1424     "Size of KVM");
1425
1426 static int
1427 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1428 {
1429         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1430
1431         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1432 }
1433 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1434     0, 0, kvm_free, "LU",
1435     "Amount of KVM free");
1436
1437 /*
1438  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1439  */
1440 void
1441 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1442 {
1443         vm_paddr_t paddr;
1444         vm_page_t nkpg;
1445         pd_entry_t *l1, *l2;
1446         pt_entry_t entry;
1447         pn_t pn;
1448
1449         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1450
1451         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1452         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1453                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1454         while (kernel_vm_end < addr) {
1455                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1456                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1457                         /* We need a new PDP entry */
1458                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1459                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1460                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1461                         if (nkpg == NULL)
1462                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1463                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1464                                 pmap_zero_page(nkpg);
1465                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1466
1467                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1468                         entry = (PTE_V);
1469                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1470                         pmap_store(l1, entry);
1471                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1472                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1473                         continue; /* try again */
1474                 }
1475                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1476                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1477                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1478                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1479                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1480                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1481                                 break;
1482                         }
1483                         continue;
1484                 }
1485
1486                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1487                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1488                     VM_ALLOC_ZERO);
1489                 if (nkpg == NULL)
1490                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1491                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0) {
1492                         pmap_zero_page(nkpg);
1493                 }
1494                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1495
1496                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1497                 entry = (PTE_V);
1498                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1499                 pmap_store(l2, entry);
1500
1501                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1502
1503                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1504                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1505                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1506                         break;                       
1507                 }
1508         }
1509 }
1510
1511
1512 /***************************************************
1513  * page management routines.
1514  ***************************************************/
1515
1516 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1517 CTASSERT(_NPCM == 3);
1518 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1519
1520 static __inline struct pv_chunk *
1521 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1522 {
1523
1524         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1525 }
1526
1527 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1528
1529 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1530 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1531 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1532
1533 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1534
1535 #if 0
1536 #ifdef PV_STATS
1537 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1538
1539 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1540         "Current number of pv entry chunks");
1541 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1542         "Current number of pv entry chunks allocated");
1543 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1544         "Current number of pv entry chunks frees");
1545 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1546         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1547
1548 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1549 static int pv_entry_spare;
1550
1551 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1552         "Current number of pv entry frees");
1553 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1554         "Current number of pv entry allocs");
1555 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1556         "Current number of pv entries");
1557 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1558         "Current number of spare pv entries");
1559 #endif
1560 #endif /* 0 */
1561
1562 /*
1563  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1564  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1565  * another pv entry chunk.
1566  *
1567  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1568  *
1569  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1570  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1571  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1572  */
1573 static vm_page_t
1574 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1575 {
1576
1577         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1578 }
1579
1580 /*
1581  * free the pv_entry back to the free list
1582  */
1583 static void
1584 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1585 {
1586         struct pv_chunk *pc;
1587         int idx, field, bit;
1588
1589         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1590         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1591         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1592         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1593         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1594         pc = pv_to_chunk(pv);
1595         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1596         field = idx / 64;
1597         bit = idx % 64;
1598         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1599         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1600             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1601                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1602                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1603                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1604                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1605                 }
1606                 return;
1607         }
1608         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1609         free_pv_chunk(pc);
1610 }
1611
1612 static void
1613 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1614 {
1615         vm_page_t m;
1616
1617         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1618         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1619         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1620         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1621         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1622         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1623         /* entire chunk is free, return it */
1624         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1625         dump_drop_page(m->phys_addr);
1626         vm_page_unwire_noq(m);
1627         vm_page_free(m);
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1632  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1633  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1634  * returned.
1635  *
1636  * The given PV list lock may be released.
1637  */
1638 static pv_entry_t
1639 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1640 {
1641         int bit, field;
1642         pv_entry_t pv;
1643         struct pv_chunk *pc;
1644         vm_page_t m;
1645
1646         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1647         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1648         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1649 retry:
1650         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1651         if (pc != NULL) {
1652                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1653                         if (pc->pc_map[field]) {
1654                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1655                                 break;
1656                         }
1657                 }
1658                 if (field < _NPCM) {
1659                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1660                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1661                         /* If this was the last item, move it to tail */
1662                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1663                             pc->pc_map[2] == 0) {
1664                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1665                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1666                                     pc_list);
1667                         }
1668                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1669                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1670                         return (pv);
1671                 }
1672         }
1673         /* No free items, allocate another chunk */
1674         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1675             VM_ALLOC_WIRED);
1676         if (m == NULL) {
1677                 if (lockp == NULL) {
1678                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1679                         return (NULL);
1680                 }
1681                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1682                 if (m == NULL)
1683                         goto retry;
1684         }
1685         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1686         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1687         dump_add_page(m->phys_addr);
1688         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1689         pc->pc_pmap = pmap;
1690         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1691         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1692         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1693         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1694         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1695         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1696         pv = &pc->pc_pventry[0];
1697         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1698         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1699         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1700         return (pv);
1701 }
1702
1703 /*
1704  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1705  * exceeds the given count, "needed".
1706  *
1707  * The given PV list lock may be released.
1708  */
1709 static void
1710 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1711 {
1712         struct pch new_tail;
1713         struct pv_chunk *pc;
1714         vm_page_t m;
1715         int avail, free;
1716         bool reclaimed;
1717
1718         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1719         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1720         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1721
1722         /*
1723          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1724          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1725          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1726          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1727          */
1728         TAILQ_INIT(&new_tail);
1729 retry:
1730         avail = 0;
1731         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1732                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1733                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1734                 if (free == 0)
1735                         break;
1736                 avail += free;
1737                 if (avail >= needed)
1738                         break;
1739         }
1740         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1741                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1742                     VM_ALLOC_WIRED);
1743                 if (m == NULL) {
1744                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1745                         if (m == NULL)
1746                                 goto retry;
1747                         reclaimed = true;
1748                 }
1749                 /* XXX PV STATS */
1750 #if 0
1751                 dump_add_page(m->phys_addr);
1752 #endif
1753                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1754                 pc->pc_pmap = pmap;
1755                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1756                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1757                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1758                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1759                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1760
1761                 /*
1762                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1763                  * If that chunk contained available entries, we need to
1764                  * re-count the number of available entries.
1765                  */
1766                 if (reclaimed)
1767                         goto retry;
1768         }
1769         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1770                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1771                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1772                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1773         }
1774 }
1775
1776 /*
1777  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1778  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1779  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1780  * 2MB page mappings.
1781  */
1782 static __inline pv_entry_t
1783 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1784 {
1785         pv_entry_t pv;
1786
1787         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1788         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1789                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1790                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1791                         pvh->pv_gen++;
1792                         break;
1793                 }
1794         }
1795         return (pv);
1796 }
1797
1798 /*
1799  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1800  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1801  * page mappings.
1802  */
1803 static void
1804 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1805 {
1806         pv_entry_t pv;
1807
1808         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1809
1810         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1811         free_pv_entry(pmap, pv);
1812 }
1813
1814 /*
1815  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1816  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1817  */
1818 static boolean_t
1819 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1820     struct rwlock **lockp)
1821 {
1822         pv_entry_t pv;
1823
1824         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1825         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1826         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1827         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1828                 pv->pv_va = va;
1829                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1830                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1831                 m->md.pv_gen++;
1832                 return (TRUE);
1833         } else
1834                 return (FALSE);
1835 }
1836
1837 /*
1838  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1839  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1840  * entries for each of the 4KB page mappings.
1841  */
1842 static void __unused
1843 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1844     struct rwlock **lockp)
1845 {
1846         struct md_page *pvh;
1847         struct pv_chunk *pc;
1848         pv_entry_t pv;
1849         vm_page_t m;
1850         vm_offset_t va_last;
1851         int bit, field;
1852
1853         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1854         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1855         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1856
1857         /*
1858          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1859          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1860          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1861          */
1862         pvh = pa_to_pvh(pa);
1863         va &= ~L2_OFFSET;
1864         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1865         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1866         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1867         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1868         m->md.pv_gen++;
1869         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1870         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1871         for (;;) {
1872                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1873                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1874                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1875                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1876                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1877                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1878                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1879                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1880                                 va += PAGE_SIZE;
1881                                 pv->pv_va = va;
1882                                 m++;
1883                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1884                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1885                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1886                                 m->md.pv_gen++;
1887                                 if (va == va_last)
1888                                         goto out;
1889                         }
1890                 }
1891                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1892                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1893         }
1894 out:
1895         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1896                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1897                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1898         }
1899         /* XXX PV stats */
1900 }
1901
1902 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1903 static void
1904 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1905     struct rwlock **lockp)
1906 {
1907         struct md_page *pvh;
1908         pv_entry_t pv;
1909         vm_page_t m;
1910         vm_offset_t va_last;
1911
1912         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1913         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1914             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1915
1916         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1917
1918         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1919         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1920         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1921         pvh = pa_to_pvh(pa);
1922         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1923         pvh->pv_gen++;
1924
1925         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1926         do {
1927                 m++;
1928                 va += PAGE_SIZE;
1929                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1930         } while (va < va_last);
1931 }
1932 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1933
1934 /*
1935  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1936  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1937  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1938  */
1939 static bool
1940 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1941     struct rwlock **lockp)
1942 {
1943         struct md_page *pvh;
1944         pv_entry_t pv;
1945         vm_paddr_t pa;
1946
1947         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1948         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1949         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1950             NULL : lockp)) == NULL)
1951                 return (false);
1952         pv->pv_va = va;
1953         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1954         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1955         pvh = pa_to_pvh(pa);
1956         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1957         pvh->pv_gen++;
1958         return (true);
1959 }
1960
1961 static void
1962 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1963 {
1964         pt_entry_t newl2, oldl2;
1965         vm_page_t ml3;
1966         vm_paddr_t ml3pa;
1967
1968         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1969         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1970         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1971
1972         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1973         if (ml3 == NULL)
1974                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1975
1976         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1977         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1978
1979         /*
1980          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1981          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1982          */
1983         if (ml3->valid != 0)
1984                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1985
1986         /*
1987          * Demote the mapping.
1988          */
1989         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
1990         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
1991             __func__, l2, oldl2));
1992 }
1993
1994 /*
1995  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
1996  */
1997 static int
1998 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
1999     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2000 {
2001         struct md_page *pvh;
2002         pt_entry_t oldl2;
2003         vm_offset_t eva, va;
2004         vm_page_t m, ml3;
2005
2006         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2007         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2008         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2009         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2010             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2011
2012         /*
2013          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2014          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2015          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2016          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2017          * entire range.
2018          */
2019         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2020         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2021                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2022         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2023         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2024                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2025                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2026                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2027                 eva = sva + L2_SIZE;
2028                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2029                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2030                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2031                                 vm_page_dirty(m);
2032                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2033                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2034                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2035                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2036                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2037                 }
2038         }
2039         if (pmap == kernel_pmap) {
2040                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2041         } else {
2042                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2043                 if (ml3 != NULL) {
2044                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2045                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2046                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2047                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2048                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2049                         ml3->ref_count = 1;
2050                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2051                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2052                 }
2053         }
2054         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2055 }
2056
2057 /*
2058  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2059  */
2060 static int
2061 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2062     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2063 {
2064         struct md_page *pvh;
2065         pt_entry_t old_l3;
2066         vm_paddr_t phys;
2067         vm_page_t m;
2068
2069         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2070         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2071         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2072         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2073                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2074         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2075         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2076                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2077                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2078                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2079                         vm_page_dirty(m);
2080                 if (old_l3 & PTE_A)
2081                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2082                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2083                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2084                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2085                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2086                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2087                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2088                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2089                 }
2090         }
2091
2092         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2093 }
2094
2095 /*
2096  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2097  *
2098  *      It is assumed that the start and end are properly
2099  *      rounded to the page size.
2100  */
2101 void
2102 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2103 {
2104         struct spglist free;
2105         struct rwlock *lock;
2106         vm_offset_t va, va_next;
2107         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2108         pt_entry_t *l3;
2109
2110         /*
2111          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2112          */
2113         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2114                 return;
2115
2116         SLIST_INIT(&free);
2117
2118         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2119         PMAP_LOCK(pmap);
2120
2121         lock = NULL;
2122         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2123                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2124                         break;
2125
2126                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2127                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2128                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2129                         if (va_next < sva)
2130                                 va_next = eva;
2131                         continue;
2132                 }
2133
2134                 /*
2135                  * Calculate index for next page table.
2136                  */
2137                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2138                 if (va_next < sva)
2139                         va_next = eva;
2140
2141                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2142                 if (l2 == NULL)
2143                         continue;
2144                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2145                         continue;
2146                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2147                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2148                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2149                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2150                                 continue;
2151                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2152                             &lock)) {
2153                                 /*
2154                                  * The large page mapping was destroyed.
2155                                  */
2156                                 continue;
2157                         }
2158                         l2e = pmap_load(l2);
2159                 }
2160
2161                 /*
2162                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2163                  * by the current page table page, or to the end of the
2164                  * range being removed.
2165                  */
2166                 if (va_next > eva)
2167                         va_next = eva;
2168
2169                 va = va_next;
2170                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2171                     sva += L3_SIZE) {
2172                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2173                                 if (va != va_next) {
2174                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2175                                         va = va_next;
2176                                 }
2177                                 continue;
2178                         }
2179                         if (va == va_next)
2180                                 va = sva;
2181                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2182                                 sva += L3_SIZE;
2183                                 break;
2184                         }
2185                 }
2186                 if (va != va_next)
2187                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2188         }
2189         if (lock != NULL)
2190                 rw_wunlock(lock);
2191         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2192         PMAP_UNLOCK(pmap);
2193         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2194 }
2195
2196 /*
2197  *      Routine:        pmap_remove_all
2198  *      Function:
2199  *              Removes this physical page from
2200  *              all physical maps in which it resides.
2201  *              Reflects back modify bits to the pager.
2202  *
2203  *      Notes:
2204  *              Original versions of this routine were very
2205  *              inefficient because they iteratively called
2206  *              pmap_remove (slow...)
2207  */
2208
2209 void
2210 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2211 {
2212         struct spglist free;
2213         struct md_page *pvh;
2214         pmap_t pmap;
2215         pt_entry_t *l3, l3e;
2216         pd_entry_t *l2, l2e;
2217         pv_entry_t pv;
2218         vm_offset_t va;
2219
2220         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2221             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2222         SLIST_INIT(&free);
2223         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2224             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2225
2226         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2227         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2228                 pmap = PV_PMAP(pv);
2229                 PMAP_LOCK(pmap);
2230                 va = pv->pv_va;
2231                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2232                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2233                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2234         }
2235         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2236                 pmap = PV_PMAP(pv);
2237                 PMAP_LOCK(pmap);
2238                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2239                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2240                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2241                 l2e = pmap_load(l2);
2242
2243                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2244                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2245
2246                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2247                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2248                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2249                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2250                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2251                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2252                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2253
2254                 /*
2255                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2256                  */
2257                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2258                         vm_page_dirty(m);
2259                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2260                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2261                 m->md.pv_gen++;
2262                 free_pv_entry(pmap, pv);
2263                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2264         }
2265         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2266         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2267         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2268 }
2269
2270 /*
2271  *      Set the physical protection on the
2272  *      specified range of this map as requested.
2273  */
2274 void
2275 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2276 {
2277         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2278         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2279         vm_page_t m, mt;
2280         vm_paddr_t pa;
2281         vm_offset_t va_next;
2282         bool anychanged, pv_lists_locked;
2283
2284         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2285                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2286                 return;
2287         }
2288
2289         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2290             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2291                 return;
2292
2293         anychanged = false;
2294         pv_lists_locked = false;
2295         mask = 0;
2296         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2297                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2298         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2299                 mask |= PTE_X;
2300 resume:
2301         PMAP_LOCK(pmap);
2302         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2303                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2304                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2305                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2306                         if (va_next < sva)
2307                                 va_next = eva;
2308                         continue;
2309                 }
2310
2311                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2312                 if (va_next < sva)
2313                         va_next = eva;
2314
2315                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2316                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2317                         continue;
2318                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2319                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2320 retryl2:
2321                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2322                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2323                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2324                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2325                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2326                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2327                                                 vm_page_dirty(mt);
2328                                 }
2329                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2330                                         goto retryl2;
2331                                 anychanged = true;
2332                                 continue;
2333                         } else {
2334                                 if (!pv_lists_locked) {
2335                                         pv_lists_locked = true;
2336                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2337                                                 if (anychanged)
2338                                                         pmap_invalidate_all(
2339                                                             pmap);
2340                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2341                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2342                                                 goto resume;
2343                                         }
2344                                 }
2345                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2346                                         /*
2347                                          * The large page mapping was destroyed.
2348                                          */
2349                                         continue;
2350                                 }
2351                         }
2352                 }
2353
2354                 if (va_next > eva)
2355                         va_next = eva;
2356
2357                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2358                     sva += L3_SIZE) {
2359                         l3e = pmap_load(l3);
2360 retryl3:
2361                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2362                                 continue;
2363                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2364                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2365                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2366                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2367                                 vm_page_dirty(m);
2368                         }
2369                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2370                                 goto retryl3;
2371                         anychanged = true;
2372                 }
2373         }
2374         if (anychanged)
2375                 pmap_invalidate_all(pmap);
2376         if (pv_lists_locked)
2377                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2378         PMAP_UNLOCK(pmap);
2379 }
2380
2381 int
2382 pmap_fault_fixup(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2383 {
2384         pd_entry_t *l2, l2e;
2385         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2386         int rv;
2387
2388         rv = 0;
2389         PMAP_LOCK(pmap);
2390         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2391         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2392                 goto done;
2393         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2394                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2395                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2396                         goto done;
2397         } else {
2398                 pte = l2;
2399                 oldpte = l2e;
2400         }
2401
2402         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2403             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2404             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2405             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2406                 goto done;
2407
2408         bits = PTE_A;
2409         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2410                 bits |= PTE_D;
2411
2412         /*
2413          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2414          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2415          * race with each other.
2416          */
2417         if ((oldpte & bits) != bits)
2418                 pmap_store_bits(pte, bits);
2419         sfence_vma();
2420         rv = 1;
2421 done:
2422         PMAP_UNLOCK(pmap);
2423         return (rv);
2424 }
2425
2426 static bool
2427 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2428 {
2429         struct rwlock *lock;
2430         bool rv;
2431
2432         lock = NULL;
2433         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2434         if (lock != NULL)
2435                 rw_wunlock(lock);
2436         return (rv);
2437 }
2438
2439 /*
2440  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2441  * mapping is invalidated.
2442  */
2443 static bool
2444 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2445     struct rwlock **lockp)
2446 {
2447         struct spglist free;
2448         vm_page_t mpte;
2449         pd_entry_t newl2, oldl2;
2450         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2451         vm_paddr_t mptepa;
2452         int i;
2453
2454         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2455
2456         oldl2 = pmap_load(l2);
2457         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2458             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2459         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2460             NULL) {
2461                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2462                     pmap_l2_pindex(va), (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
2463                     VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) ==
2464                     NULL) {
2465                         SLIST_INIT(&free);
2466                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2467                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2468                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2469                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2470                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2471                         return (false);
2472                 }
2473                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2474                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2475                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2476                 }
2477         }
2478         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2479         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2480         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2481         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2482             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2483         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2484             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2485         newl3 = oldl2;
2486
2487         /*
2488          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2489          * initialize it.
2490          */
2491         if (mpte->valid == 0) {
2492                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2493                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2494         }
2495         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2496             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2497             "addresses"));
2498
2499         /*
2500          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2501          * entries.
2502          */
2503         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2504                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2505                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2506
2507         /*
2508          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2509          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2510          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2511          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2512          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2513          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2514          */
2515         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2516                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2517
2518         /*
2519          * Demote the mapping.
2520          */
2521         pmap_store(l2, newl2);
2522
2523         /*
2524          * Demote the PV entry.
2525          */
2526         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2527                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2528
2529         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2530         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2531             va, pmap);
2532         return (true);
2533 }
2534
2535 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2536 static void
2537 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2538     struct rwlock **lockp)
2539 {
2540         pt_entry_t *firstl3, *l3;
2541         vm_paddr_t pa;
2542         vm_page_t ml3;
2543
2544         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2545
2546         va &= ~L2_OFFSET;
2547         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2548             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2549
2550         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2551         pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3));
2552         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2553                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2554                     va, pmap);
2555                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2556                 return;
2557         }
2558
2559         pa += PAGE_SIZE;
2560         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2561                 if (PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3)) != pa) {
2562                         CTR2(KTR_PMAP,
2563                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2564                             va, pmap);
2565                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2566                         return;
2567                 }
2568                 if ((pmap_load(l3) & PTE_PROMOTE) !=
2569                     (pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE)) {
2570                         CTR2(KTR_PMAP,
2571                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2572                             va, pmap);
2573                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2574                         return;
2575                 }
2576                 pa += PAGE_SIZE;
2577         }
2578
2579         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2580         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2581             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2582         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2583                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2584                     va, pmap);
2585                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2586                 return;
2587         }
2588
2589         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2590                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)),
2591                     lockp);
2592
2593         pmap_store(l2, pmap_load(firstl3));
2594
2595         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2596         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2597             pmap);
2598 }
2599 #endif
2600
2601 /*
2602  *      Insert the given physical page (p) at
2603  *      the specified virtual address (v) in the
2604  *      target physical map with the protection requested.
2605  *
2606  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2607  *      that the related pte can not be reclaimed.
2608  *
2609  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2610  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2611  *      insert this page into the given map NOW.
2612  */
2613 int
2614 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2615     u_int flags, int8_t psind)
2616 {
2617         struct rwlock *lock;
2618         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2619         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2620         pt_entry_t *l3;
2621         pv_entry_t pv;
2622         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2623         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2624         pt_entry_t entry;
2625         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2626         int rv;
2627         bool nosleep;
2628
2629         va = trunc_page(va);
2630         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2631                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2632         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2633         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2634
2635         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2636         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2637                 new_l3 |= PTE_X;
2638         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2639                 new_l3 |= PTE_D;
2640         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2641                 new_l3 |= PTE_W;
2642         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2643                 new_l3 |= PTE_U;
2644
2645         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2646         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2647                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2648
2649         /*
2650          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2651          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2652          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2653          */
2654         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2655                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2656                         new_l3 |= PTE_D;
2657         } else
2658                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2659
2660         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2661
2662         lock = NULL;
2663         mpte = NULL;
2664         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2665         PMAP_LOCK(pmap);
2666         if (psind == 1) {
2667                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2668                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2669                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2670                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2671                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2672                 goto out;
2673         }
2674
2675         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2676         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2677             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2678             va, &lock))) {
2679                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2680                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2681                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2682                         mpte->ref_count++;
2683                 }
2684         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2685                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2686                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2687                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2688                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2689                         if (lock != NULL)
2690                                 rw_wunlock(lock);
2691                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2692                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2693                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2694                 }
2695                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2696         } else {
2697                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2698                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2699                 if (l3 == NULL) {
2700                         if (l2 == NULL) {
2701                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2702                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2703                                     VM_ALLOC_ZERO);
2704                                 if (l2_m == NULL)
2705                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2706                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2707                                         pmap_zero_page(l2_m);
2708
2709                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2710                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2711
2712                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2713                                 entry = (PTE_V);
2714                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2715                                 pmap_store(l1, entry);
2716                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2717                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2718                         }
2719
2720                         l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2721                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2722                         if (l3_m == NULL)
2723                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2724                         if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2725                                 pmap_zero_page(l3_m);
2726
2727                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2728                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2729                         entry = (PTE_V);
2730                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2731                         pmap_store(l2, entry);
2732                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2733                 }
2734                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2735         }
2736
2737         orig_l3 = pmap_load(l3);
2738         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2739         pv = NULL;
2740
2741         /*
2742          * Is the specified virtual address already mapped?
2743          */
2744         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2745                 /*
2746                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2747                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2748                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2749                  * the PT page will be also.
2750                  */
2751                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2752                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2753                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2754                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2755                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2756                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2757
2758                 /*
2759                  * Remove the extra PT page reference.
2760                  */
2761                 if (mpte != NULL) {
2762                         mpte->ref_count--;
2763                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2764                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2765                              " va: 0x%lx", va));
2766                 }
2767
2768                 /*
2769                  * Has the physical page changed?
2770                  */
2771                 if (opa == pa) {
2772                         /*
2773                          * No, might be a protection or wiring change.
2774                          */
2775                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2776                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2777                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2778                         goto validate;
2779                 }
2780
2781                 /*
2782                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2783                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2784                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2785                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2786                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2787                  * avoiding an allocation.
2788                  *
2789                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2790                  */
2791                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2792                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2793                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2794                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2795                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2796
2797                         /*
2798                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2799                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2800                          * pmap_ts_referenced().
2801                          */
2802                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2803                                 vm_page_dirty(om);
2804                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2805                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2806                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2807                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2808                         KASSERT(pv != NULL,
2809                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2810                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2811                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2812                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2813                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2814                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2815                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2816                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2817                 }
2818                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2819                 orig_l3 = 0;
2820         } else {
2821                 /*
2822                  * Increment the counters.
2823                  */
2824                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2825                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2826                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2827         }
2828         /*
2829          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2830          */
2831         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2832                 if (pv == NULL) {
2833                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2834                         pv->pv_va = va;
2835                 }
2836                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2837                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2838                 m->md.pv_gen++;
2839                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2840                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2841         }
2842
2843 validate:
2844         /*
2845          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2846          * if the new PTE is executable.
2847          */
2848         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2849                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2850
2851         /*
2852          * Update the L3 entry.
2853          */
2854         if (orig_l3 != 0) {
2855                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2856                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2857                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2858                     ("pmap_enter: invalid update"));
2859                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2860                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2861                         vm_page_dirty(m);
2862         } else {
2863                 pmap_store(l3, new_l3);
2864         }
2865
2866 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2867         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2868             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2869             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2870             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2871                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2872 #endif
2873
2874         rv = KERN_SUCCESS;
2875 out:
2876         if (lock != NULL)
2877                 rw_wunlock(lock);
2878         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2879         PMAP_UNLOCK(pmap);
2880         return (rv);
2881 }
2882
2883 /*
2884  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2885  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2886  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2887  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2888  * PV entry.
2889  */
2890 static bool
2891 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2892     struct rwlock **lockp)
2893 {
2894         pd_entry_t new_l2;
2895         pn_t pn;
2896
2897         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2898
2899         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2900         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2901         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2902                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2903         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2904                 new_l2 |= PTE_X;
2905         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2906                 new_l2 |= PTE_U;
2907         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2908             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2909             KERN_SUCCESS);
2910 }
2911
2912 /*
2913  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2914  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2915  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2916  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2917  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2918  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2919  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2920  *
2921  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2922  */
2923 static int
2924 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2925     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2926 {
2927         struct spglist free;
2928         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2929         vm_offset_t sva;
2930         vm_page_t l2pg, mt;
2931
2932         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2933
2934         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2935             NULL : lockp)) == NULL) {
2936                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2937                     va, pmap);
2938                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2939         }
2940
2941         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2942         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2943         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2944                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2945                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2946                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2947                         l2pg->ref_count--;
2948                         CTR2(KTR_PMAP,
2949                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2950                             va, pmap);
2951                         return (KERN_FAILURE);
2952                 }
2953                 SLIST_INIT(&free);
2954                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2955                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2956                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2957                 else
2958                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2959                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2960                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2961                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2962                                     lockp) != 0)
2963                                         break;
2964                         }
2965                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2966                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2967                         /*
2968                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
2969                          * leave the kernel page table page zero filled.
2970                          */
2971                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2972                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
2973                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
2974                 } else
2975                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
2976                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
2977         }
2978
2979         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2980                 /*
2981                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
2982                  */
2983                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
2984                         SLIST_INIT(&free);
2985                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
2986                                 /*
2987                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
2988                                  * caches could nonetheless have entries that
2989                                  * refer to the freed page table pages.
2990                                  * Invalidate those entries.
2991                                  */
2992                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2993                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2994                         }
2995                         CTR2(KTR_PMAP,
2996                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2997                             va, pmap);
2998                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2999                 }
3000                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
3001                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3002                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3003         }
3004
3005         /*
3006          * Increment counters.
3007          */
3008         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3009                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3010         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3011
3012         /*
3013          * Map the superpage.
3014          */
3015         pmap_store(l2, new_l2);
3016
3017         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3018         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3019             va, pmap);
3020
3021         return (KERN_SUCCESS);
3022 }
3023
3024 /*
3025  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3026  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3027  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3028  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3029  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3030  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3031  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3032  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3033  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3034  * corresponding offset from m_start are mapped.
3035  */
3036 void
3037 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3038     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3039 {
3040         struct rwlock *lock;
3041         vm_offset_t va;
3042         vm_page_t m, mpte;
3043         vm_pindex_t diff, psize;
3044
3045         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3046
3047         psize = atop(end - start);
3048         mpte = NULL;
3049         m = m_start;
3050         lock = NULL;
3051         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3052         PMAP_LOCK(pmap);
3053         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3054                 va = start + ptoa(diff);
3055                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3056                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3057                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3058                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3059                 else
3060                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3061                             &lock);
3062                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3063         }
3064         if (lock != NULL)
3065                 rw_wunlock(lock);
3066         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3067         PMAP_UNLOCK(pmap);
3068 }
3069
3070 /*
3071  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3072  * 1. Current pmap & pmap exists.
3073  * 2. Not wired.
3074  * 3. Read access.
3075  * 4. No page table pages.
3076  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3077  */
3078
3079 void
3080 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3081 {
3082         struct rwlock *lock;
3083
3084         lock = NULL;
3085         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3086         PMAP_LOCK(pmap);
3087         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3088         if (lock != NULL)
3089                 rw_wunlock(lock);
3090         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3091         PMAP_UNLOCK(pmap);
3092 }
3093
3094 static vm_page_t
3095 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3096     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3097 {
3098         struct spglist free;
3099         vm_paddr_t phys;
3100         pd_entry_t *l2;
3101         pt_entry_t *l3, newl3;
3102
3103         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3104             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3105             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3106         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3108
3109         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3110         /*
3111          * In the case that a page table page is not
3112          * resident, we are creating it here.
3113          */
3114         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3115                 vm_pindex_t l2pindex;
3116
3117                 /*
3118                  * Calculate pagetable page index
3119                  */
3120                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3121                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3122                         mpte->ref_count++;
3123                 } else {
3124                         /*
3125                          * Get the l2 entry
3126                          */
3127                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3128
3129                         /*
3130                          * If the page table page is mapped, we just increment
3131                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3132                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3133                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3134                          */
3135                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3136                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3137                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3138                                 mpte->ref_count++;
3139                         } else {
3140                                 /*
3141                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3142                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3143                                  */
3144                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3145                                 if (mpte == NULL)
3146                                         return (mpte);
3147                         }
3148                 }
3149                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3150                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3151         } else {
3152                 mpte = NULL;
3153                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3154         }
3155         if (l3 == NULL)
3156                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3157         if (pmap_load(l3) != 0) {
3158                 if (mpte != NULL) {
3159                         mpte->ref_count--;
3160                         mpte = NULL;
3161                 }
3162                 return (mpte);
3163         }
3164
3165         /*
3166          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3167          */
3168         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3169             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3170                 if (mpte != NULL) {
3171                         SLIST_INIT(&free);
3172                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3173                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3174                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3175                         }
3176                         mpte = NULL;
3177                 }
3178                 return (mpte);
3179         }
3180
3181         /*
3182          * Increment counters
3183          */
3184         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3185
3186         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3187             PTE_V | PTE_R;
3188         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3189                 newl3 |= PTE_X;
3190         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3191                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3192         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3193                 newl3 |= PTE_U;
3194
3195         /*
3196          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3197          * if the new PTE is executable.
3198          */
3199         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3200                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3201
3202         pmap_store(l3, newl3);
3203
3204         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3205         return (mpte);
3206 }
3207
3208 /*
3209  * This code maps large physical mmap regions into the
3210  * processor address space.  Note that some shortcuts
3211  * are taken, but the code works.
3212  */
3213 void
3214 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3215     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3216 {
3217
3218         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3219         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3220             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3221 }
3222
3223 /*
3224  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3225  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3226  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3227  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3228  *
3229  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3230  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3231  */
3232 void
3233 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3234 {
3235         vm_offset_t va_next;
3236         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3237         pt_entry_t *l3, l3e;
3238         bool pv_lists_locked;
3239
3240         pv_lists_locked = false;
3241 retry:
3242         PMAP_LOCK(pmap);
3243         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3244                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3245                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3246                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3247                         if (va_next < sva)
3248                                 va_next = eva;
3249                         continue;
3250                 }
3251
3252                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3253                 if (va_next < sva)
3254                         va_next = eva;
3255
3256                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3257                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3258                         continue;
3259                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3260                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3261                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3262                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3263                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3264                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3265                                 continue;
3266                         } else {
3267                                 if (!pv_lists_locked) {
3268                                         pv_lists_locked = true;
3269                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3270                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3271                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3272                                                 /* Repeat sva. */
3273                                                 goto retry;
3274                                         }
3275                                 }
3276                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3277                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3278                         }
3279                 }
3280
3281                 if (va_next > eva)
3282                         va_next = eva;
3283                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3284                     sva += L3_SIZE) {
3285                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3286                                 continue;
3287                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3288                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3289                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3290
3291                         /*
3292                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3293                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3294                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3295                          */
3296                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3297                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3298                 }
3299         }
3300         if (pv_lists_locked)
3301                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3302         PMAP_UNLOCK(pmap);
3303 }
3304
3305 /*
3306  *      Copy the range specified by src_addr/len
3307  *      from the source map to the range dst_addr/len
3308  *      in the destination map.
3309  *
3310  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3311  */
3312
3313 void
3314 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3315     vm_offset_t src_addr)
3316 {
3317
3318 }
3319
3320 /*
3321  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3322  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3323  */
3324 void
3325 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3326 {
3327         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3328
3329         pagezero((void *)va);
3330 }
3331
3332 /*
3333  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3334  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3335  *
3336  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3337  */
3338 void
3339 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3340 {
3341         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3342
3343         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3344                 pagezero((void *)va);
3345         else
3346                 bzero((char *)va + off, size);
3347 }
3348
3349 /*
3350  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3351  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3352  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3353  *      time.
3354  */
3355 void
3356 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3357 {
3358         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3359         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3360
3361         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3362 }
3363
3364 int unmapped_buf_allowed = 1;
3365
3366 void
3367 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3368     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3369 {
3370         void *a_cp, *b_cp;
3371         vm_page_t m_a, m_b;
3372         vm_paddr_t p_a, p_b;
3373         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3374         int cnt;
3375
3376         while (xfersize > 0) {
3377                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3378                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3379                 p_a = m_a->phys_addr;
3380                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3381                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3382                 p_b = m_b->phys_addr;
3383                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3384                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3385                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3386                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3387                 } else {
3388                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3389                 }
3390                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3391                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3392                 } else {
3393                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3394                 }
3395                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3396                 a_offset += cnt;
3397                 b_offset += cnt;
3398                 xfersize -= cnt;
3399         }
3400 }
3401
3402 vm_offset_t
3403 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3404 {
3405
3406         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3407 }
3408
3409 void
3410 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3411 {
3412 }
3413
3414 /*
3415  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3416  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3417  * be changed upwards or downwards in the future; it
3418  * is only necessary that true be returned for a small
3419  * subset of pmaps for proper page aging.
3420  */
3421 boolean_t
3422 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3423 {
3424         struct md_page *pvh;
3425         struct rwlock *lock;
3426         pv_entry_t pv;
3427         int loops = 0;
3428         boolean_t rv;
3429
3430         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3431             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3432         rv = FALSE;
3433         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3434         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3435         rw_rlock(lock);
3436         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3437                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3438                         rv = TRUE;
3439                         break;
3440                 }
3441                 loops++;
3442                 if (loops >= 16)
3443                         break;
3444         }
3445         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3446                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3447                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3448                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3449                                 rv = TRUE;
3450                                 break;
3451                         }
3452                         loops++;
3453                         if (loops >= 16)
3454                                 break;
3455                 }
3456         }
3457         rw_runlock(lock);
3458         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3459         return (rv);
3460 }
3461
3462 /*
3463  *      pmap_page_wired_mappings:
3464  *
3465  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3466  *      that are wired.
3467  */
3468 int
3469 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3470 {
3471         struct md_page *pvh;
3472         struct rwlock *lock;
3473         pmap_t pmap;
3474         pd_entry_t *l2;
3475         pt_entry_t *l3;
3476         pv_entry_t pv;
3477         int count, md_gen, pvh_gen;
3478
3479         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3480                 return (0);
3481         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3482         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3483         rw_rlock(lock);
3484 restart:
3485         count = 0;
3486         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3487                 pmap = PV_PMAP(pv);
3488                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3489                         md_gen = m->md.pv_gen;
3490                         rw_runlock(lock);
3491                         PMAP_LOCK(pmap);
3492                         rw_rlock(lock);
3493                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3494                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3495                                 goto restart;
3496                         }
3497                 }
3498                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3499                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3500                         count++;
3501                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3502         }
3503         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3504                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3505                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3506                         pmap = PV_PMAP(pv);
3507                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3508                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3509                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3510                                 rw_runlock(lock);
3511                                 PMAP_LOCK(pmap);
3512                                 rw_rlock(lock);
3513                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3514                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3515                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3516                                         goto restart;
3517                                 }
3518                         }
3519                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3520                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3521                                 count++;
3522                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3523                 }
3524         }
3525         rw_runlock(lock);
3526         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3527         return (count);
3528 }
3529
3530 /*
3531  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3532  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3533  */
3534 bool
3535 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3536 {
3537         struct rwlock *lock;
3538         bool rv;
3539
3540         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3541                 return (false);
3542         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3543         rw_rlock(lock);
3544         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3545             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3546             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3547         rw_runlock(lock);
3548         return (rv);
3549 }
3550
3551 static void
3552 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3553     struct spglist *free, bool superpage)
3554 {
3555         struct md_page *pvh;
3556         vm_page_t mpte, mt;
3557
3558         if (superpage) {
3559                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3560                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3561                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3562                 pvh->pv_gen++;
3563                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3564                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3565                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3566                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3567                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3568                 }
3569                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3570                 if (mpte != NULL) {
3571                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3572                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3573                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3574                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3575                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3576                         mpte->ref_count = 0;
3577                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3578                 }
3579         } else {
3580                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3581                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3582                 m->md.pv_gen++;
3583                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3584                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3585                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3586                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3587                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3588                 }
3589         }
3590 }
3591
3592 /*
3593  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3594  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3595  * caller.
3596  *
3597  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3598  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3599  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3600  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3601  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3602  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3603  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3604  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3605  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3606  * this function starts.
3607  */
3608 void
3609 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3610 {
3611         struct spglist free;
3612         pd_entry_t ptepde;
3613         pt_entry_t *pte, tpte;
3614         vm_page_t m, mt;
3615         pv_entry_t pv;
3616         struct pv_chunk *pc, *npc;
3617         struct rwlock *lock;
3618         int64_t bit;
3619         uint64_t inuse, bitmask;
3620         int allfree, field, freed, idx;
3621         bool superpage;
3622
3623         lock = NULL;
3624
3625         SLIST_INIT(&free);
3626         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3627         PMAP_LOCK(pmap);
3628         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3629                 allfree = 1;
3630                 freed = 0;
3631                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3632                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3633                         while (inuse != 0) {
3634                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3635                                 bitmask = 1UL << bit;
3636                                 idx = field * 64 + bit;
3637                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3638                                 inuse &= ~bitmask;
3639
3640                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3641                                 ptepde = pmap_load(pte);
3642                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3643                                 tpte = pmap_load(pte);
3644                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3645                                         superpage = true;
3646                                 } else {
3647                                         ptepde = tpte;
3648                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3649                                         tpte = pmap_load(pte);
3650                                         superpage = false;
3651                                 }
3652
3653                                 /*
3654                                  * We cannot remove wired pages from a
3655                                  * process' mapping at this time.
3656                                  */
3657                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3658                                         allfree = 0;
3659                                         continue;
3660                                 }
3661
3662                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3663                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3664                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3665                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3666                                     (uintmax_t)tpte));
3667
3668                                 pmap_clear(pte);
3669
3670                                 /*
3671                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3672                                  */
3673                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3674                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3675                                         if (superpage)
3676                                                 for (mt = m;
3677                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3678                                                         vm_page_dirty(mt);
3679                                         else
3680                                                 vm_page_dirty(m);
3681                                 }
3682
3683                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3684
3685                                 /* Mark free */
3686                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3687
3688                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3689                                     superpage);
3690                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3691                                 freed++;
3692                         }
3693                 }
3694                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3695                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3696                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3697                 if (allfree) {
3698                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3699                         free_pv_chunk(pc);
3700                 }
3701         }
3702         if (lock != NULL)
3703                 rw_wunlock(lock);
3704         pmap_invalidate_all(pmap);
3705         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3706         PMAP_UNLOCK(pmap);
3707         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3708 }
3709
3710 static bool
3711 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3712 {
3713         struct md_page *pvh;
3714         struct rwlock *lock;
3715         pd_entry_t *l2;
3716         pt_entry_t *l3, mask;
3717         pv_entry_t pv;
3718         pmap_t pmap;
3719         int md_gen, pvh_gen;
3720         bool rv;
3721
3722         mask = 0;
3723         if (modified)
3724                 mask |= PTE_D;
3725         if (accessed)
3726                 mask |= PTE_A;
3727
3728         rv = FALSE;
3729         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3730         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3731         rw_rlock(lock);
3732 restart:
3733         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3734                 pmap = PV_PMAP(pv);
3735                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3736                         md_gen = m->md.pv_gen;
3737                         rw_runlock(lock);
3738                         PMAP_LOCK(pmap);
3739                         rw_rlock(lock);
3740                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3741                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3742                                 goto restart;
3743                         }
3744                 }
3745                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3746                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3747                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3748                 if (rv)
3749                         goto out;
3750         }
3751         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3752                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3753                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3754                         pmap = PV_PMAP(pv);
3755                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3756                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3757                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3758                                 rw_runlock(lock);
3759                                 PMAP_LOCK(pmap);
3760                                 rw_rlock(lock);
3761                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3762                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3763                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3764                                         goto restart;
3765                                 }
3766                         }
3767                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3768                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3769                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3770                         if (rv)
3771                                 goto out;
3772                 }
3773         }
3774 out:
3775         rw_runlock(lock);
3776         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3777         return (rv);
3778 }
3779
3780 /*
3781  *      pmap_is_modified:
3782  *
3783  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3784  *      in any physical maps.
3785  */
3786 boolean_t
3787 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3788 {
3789
3790         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3791             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3792
3793         /*
3794          * If the page is not busied then this check is racy.
3795          */
3796         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3797                 return (FALSE);
3798         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3799 }
3800
3801 /*
3802  *      pmap_is_prefaultable:
3803  *
3804  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3805  *      for prefault.
3806  */
3807 boolean_t
3808 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3809 {
3810         pt_entry_t *l3;
3811         boolean_t rv;
3812
3813         rv = FALSE;
3814         PMAP_LOCK(pmap);
3815         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3816         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) != 0) {
3817                 rv = TRUE;
3818         }
3819         PMAP_UNLOCK(pmap);
3820         return (rv);
3821 }
3822
3823 /*
3824  *      pmap_is_referenced:
3825  *
3826  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3827  *      in any physical maps.
3828  */
3829 boolean_t
3830 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3831 {
3832
3833         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3834             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3835         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3836 }
3837
3838 /*
3839  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3840  */
3841 void
3842 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3843 {
3844         struct md_page *pvh;
3845         struct rwlock *lock;
3846         pmap_t pmap;
3847         pd_entry_t *l2;
3848         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3849         pv_entry_t next_pv, pv;
3850         vm_offset_t va;
3851         int md_gen, pvh_gen;
3852
3853         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3854             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3855         vm_page_assert_busied(m);
3856
3857         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3858                 return;
3859         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3860         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3861             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3862         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3863 retry_pv_loop:
3864         rw_wlock(lock);
3865         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3866                 pmap = PV_PMAP(pv);
3867                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3868                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3869                         rw_wunlock(lock);
3870                         PMAP_LOCK(pmap);
3871                         rw_wlock(lock);
3872                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3873                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3874                                 rw_wunlock(lock);
3875                                 goto retry_pv_loop;
3876                         }
3877                 }
3878                 va = pv->pv_va;
3879                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3880                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3881                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3882                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3883                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3884                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3885                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3886         }
3887         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3888                 pmap = PV_PMAP(pv);
3889                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3890                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3891                         md_gen = m->md.pv_gen;
3892                         rw_wunlock(lock);
3893                         PMAP_LOCK(pmap);
3894                         rw_wlock(lock);
3895                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3896                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3897                                 rw_wunlock(lock);
3898                                 goto retry_pv_loop;
3899                         }
3900                 }
3901                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3902                 oldl3 = pmap_load(l3);
3903 retry:
3904                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3905                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3906                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3907                                 goto retry;
3908                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3909                                 vm_page_dirty(m);
3910                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3911                 }
3912                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3913         }
3914         rw_wunlock(lock);
3915         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3916         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3917 }
3918
3919 /*
3920  *      pmap_ts_referenced:
3921  *
3922  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3923  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3924  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3925  *      reference bits set.
3926  *
3927  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3928  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3929  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3930  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3931  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3932  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3933  *      to pmap_is_modified().
3934  */
3935 int
3936 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3937 {
3938         struct spglist free;
3939         struct md_page *pvh;
3940         struct rwlock *lock;
3941         pv_entry_t pv, pvf;
3942         pmap_t pmap;
3943         pd_entry_t *l2, l2e;
3944         pt_entry_t *l3, l3e;
3945         vm_paddr_t pa;
3946         vm_offset_t va;
3947         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3948
3949         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3950             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3951         SLIST_INIT(&free);
3952         cleared = 0;
3953         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3954         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
3955
3956         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
3957         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3958         rw_wlock(lock);
3959 retry:
3960         not_cleared = 0;
3961         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
3962                 goto small_mappings;
3963         pv = pvf;
3964         do {
3965                 pmap = PV_PMAP(pv);
3966                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3967                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3968                         rw_wunlock(lock);
3969                         PMAP_LOCK(pmap);
3970                         rw_wlock(lock);
3971                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3972                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3973                                 goto retry;
3974                         }
3975                 }
3976                 va = pv->pv_va;
3977                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3978                 l2e = pmap_load(l2);
3979                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
3980                         /*
3981                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
3982                          * this function is called at a 4KB page granularity,
3983                          * we only update the 4KB page under test.
3984                          */
3985                         vm_page_dirty(m);
3986                 }
3987                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
3988                         /*
3989                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
3990                          * pages, it should not be cleared every time it is
3991                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
3992                          * physical page number, the virtual superpage number,
3993                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
3994                          * the 512 on which testing the reference bit will
3995                          * result in clearing that reference bit.  This
3996                          * function is designed to avoid the selection of the
3997                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
3998                          *
3999                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4000                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4001                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4002                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4003                          * since the superpage is wired, the current state of
4004                          * its reference bit won't affect page replacement.
4005                          */
4006                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4007                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4008                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4009                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4010                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4011                                 cleared++;
4012                         } else
4013                                 not_cleared++;
4014                 }
4015                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4016                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4017                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4018                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4019                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4020                         pvh->pv_gen++;
4021                 }
4022                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4023                         goto out;
4024         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4025 small_mappings:
4026         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4027                 goto out;
4028         pv = pvf;
4029         do {
4030                 pmap = PV_PMAP(pv);
4031                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4032                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4033                         md_gen = m->md.pv_gen;
4034                         rw_wunlock(lock);
4035                         PMAP_LOCK(pmap);
4036                         rw_wlock(lock);
4037                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4038                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4039                                 goto retry;
4040                         }
4041                 }
4042                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4043
4044                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4045                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4046
4047                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4048                 l3e = pmap_load(l3);
4049                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4050                         vm_page_dirty(m);
4051                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4052                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4053                                 /*
4054                                  * Wired pages cannot be paged out so
4055                                  * doing accessed bit emulation for
4056                                  * them is wasted effort. We do the
4057                                  * hard work for unwired pages only.
4058                                  */
4059                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4060                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4061                                 cleared++;
4062                         } else
4063                                 not_cleared++;
4064                 }
4065                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4066                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4067                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4068                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4069                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4070                         m->md.pv_gen++;
4071                 }
4072         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4073             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4074 out:
4075         rw_wunlock(lock);
4076         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4077         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4078         return (cleared + not_cleared);
4079 }
4080
4081 /*
4082  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4083  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4084  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4085  */
4086 void
4087 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4088 {
4089 }
4090
4091 /*
4092  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4093  */
4094 void
4095 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4096 {
4097         struct md_page *pvh;
4098         struct rwlock *lock;
4099         pmap_t pmap;
4100         pv_entry_t next_pv, pv;
4101         pd_entry_t *l2, oldl2;
4102         pt_entry_t *l3;
4103         vm_offset_t va;
4104         int md_gen, pvh_gen;
4105
4106         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4107             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4108         vm_page_assert_busied(m);
4109
4110         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4111                 return;
4112
4113         /*
4114          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4115          * If the object containing the page is locked and the page is not
4116          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4117          */
4118         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4119                 return;
4120         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4121             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4122         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4123         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4124         rw_wlock(lock);
4125 restart:
4126         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4127                 pmap = PV_PMAP(pv);
4128                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4129                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4130                         rw_wunlock(lock);
4131                         PMAP_LOCK(pmap);
4132                         rw_wlock(lock);
4133                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4134                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4135                                 goto restart;
4136                         }
4137                 }
4138                 va = pv->pv_va;
4139                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4140                 oldl2 = pmap_load(l2);
4141                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4142                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4143                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4144                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4145                         /*
4146                          * Write protect the mapping to a single page so that
4147                          * a subsequent write access may repromote.
4148                          */
4149                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4150                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4151                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4152                         vm_page_dirty(m);
4153                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4154                 }
4155                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4156         }
4157         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4158                 pmap = PV_PMAP(pv);
4159                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4160                         md_gen = m->md.pv_gen;
4161                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4162                         rw_wunlock(lock);
4163                         PMAP_LOCK(pmap);
4164                         rw_wlock(lock);
4165                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4166                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4167                                 goto restart;
4168                         }
4169                 }
4170                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4171                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4172                     ("pmap_clear_modify: found a 2mpage in page %p's pv list",
4173                     m));
4174                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4175                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4176                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4177                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4178                 }
4179                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4180         }
4181         rw_wunlock(lock);
4182         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4183 }
4184
4185 void *
4186 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4187 {
4188
4189         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4190 }
4191
4192 void
4193 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4194 {
4195 }
4196
4197 /*
4198  * Sets the memory attribute for the specified page.
4199  */
4200 void
4201 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4202 {
4203
4204         m->md.pv_memattr = ma;
4205 }
4206
4207 /*
4208  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4209  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4210  * find other mappings.
4211  */
4212 int
4213 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4214 {
4215         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4216         vm_paddr_t pa;
4217         int val;
4218         bool managed;
4219
4220         PMAP_LOCK(pmap);
4221         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4222         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4223                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4224                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4225                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_SUPER;
4226                 } else {
4227                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4228                         tpte = pmap_load(l3);
4229                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4230                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4231                                 return (0);
4232                         }
4233                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4234                         val = MINCORE_INCORE;
4235                 }
4236
4237                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4238                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4239                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4240                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4241                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4242         } else {
4243                 managed = false;
4244                 val = 0;
4245         }
4246         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4247             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4248                 *pap = pa;
4249         }
4250         PMAP_UNLOCK(pmap);
4251         return (val);
4252 }
4253
4254 void
4255 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4256 {
4257         pmap_t oldpmap, pmap;
4258         u_int hart;
4259
4260         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4261         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4262         if (pmap == oldpmap)
4263                 return;
4264         load_satp(pmap->pm_satp);
4265
4266         hart = PCPU_GET(hart);
4267 #ifdef SMP
4268         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4269         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4270 #else
4271         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4272         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4273 #endif
4274         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4275
4276         sfence_vma();
4277 }
4278
4279 void
4280 pmap_activate(struct thread *td)
4281 {
4282
4283         critical_enter();
4284         pmap_activate_sw(td);
4285         critical_exit();
4286 }
4287
4288 void
4289 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4290 {
4291         u_int hart;
4292
4293         hart = PCPU_GET(hart);
4294 #ifdef SMP
4295         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4296 #else
4297         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4298 #endif
4299         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4300 }
4301
4302 void
4303 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4304 {
4305         cpuset_t mask;
4306
4307         /*
4308          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4309          *
4310          * "To make a store to instruction memory visible to all
4311          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4312          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4313          * FENCE.I."
4314          *
4315          * However, this is slightly misleading; we still need to
4316          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4317          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4318          * local hart.
4319          */
4320         sched_pin();
4321         mask = all_harts;
4322         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4323         fence_i();
4324         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4325                 fence();
4326                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4327         }
4328         sched_unpin();
4329 }
4330
4331 /*
4332  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4333  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4334  */
4335 void
4336 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4337     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4338 {
4339         vm_offset_t superpage_offset;
4340
4341         if (size < L2_SIZE)
4342                 return;
4343         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4344                 offset += ptoa(object->pg_color);
4345         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4346         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4347             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4348                 return;
4349         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4350                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4351         else
4352                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4353 }
4354
4355 /**
4356  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4357  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4358  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4359  *
4360  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4361  *                    address on the kernel memory map.
4362  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4363  *                    of the pages passed in the page parameter.
4364  * \param count       Number of pages passed in.
4365  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4366  *                    page faults, FALSE otherwise.
4367  *
4368  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4369  *          finished or FALSE otherwise.
4370  *
4371  */
4372 boolean_t
4373 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4374     boolean_t can_fault)
4375 {
4376         vm_paddr_t paddr;
4377         boolean_t needs_mapping;
4378         int error, i;
4379
4380         /*
4381          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4382          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4383          */
4384         needs_mapping = FALSE;
4385         for (i = 0; i < count; i++) {
4386                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4387                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4388                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4389                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4390                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4391                         needs_mapping = TRUE;
4392                 } else {
4393                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4394                 }
4395         }
4396
4397         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4398         if (!needs_mapping)
4399                 return (FALSE);
4400
4401         if (!can_fault)
4402                 sched_pin();
4403         for (i = 0; i < count; i++) {
4404                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4405                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4406                         panic(
4407                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4408                 }
4409         }
4410
4411         return (needs_mapping);
4412 }
4413
4414 void
4415 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4416     boolean_t can_fault)
4417 {
4418         vm_paddr_t paddr;
4419         int i;
4420
4421         if (!can_fault)
4422                 sched_unpin();
4423         for (i = 0; i < count; i++) {
4424                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4425                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4426                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4427                 }
4428         }
4429 }
4430
4431 boolean_t
4432 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4433 {
4434
4435         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4436 }
4437
4438 bool
4439 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4440     pt_entry_t **l3)
4441 {
4442         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4443
4444         /* Get l1 directory entry. */
4445         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4446         *l1 = l1p;
4447
4448         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4449                 return (false);
4450
4451         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4452                 *l2 = NULL;
4453                 *l3 = NULL;
4454                 return (true);
4455         }
4456
4457         /* Get l2 directory entry. */
4458         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4459         *l2 = l2p;
4460
4461         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4462                 return (false);
4463
4464         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4465                 *l3 = NULL;
4466                 return (true);
4467         }
4468
4469         /* Get l3 page table entry. */
4470         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4471
4472         return (true);
4473 }
4474
4475 /*
4476  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4477  * in various mapping attributes.
4478  */
4479 struct pmap_kernel_map_range {
4480         vm_offset_t sva;
4481         pt_entry_t attrs;
4482         int l3pages;
4483         int l2pages;
4484         int l1pages;
4485 };
4486
4487 static void
4488 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4489     vm_offset_t eva)
4490 {
4491
4492         if (eva <= range->sva)
4493                 return;
4494
4495         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4496             range->sva, eva,
4497             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4498             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4499             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4500             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4501             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4502
4503         /* Reset to sentinel value. */
4504         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4505 }
4506
4507 /*
4508  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4509  * being tracked by the current range.
4510  */
4511 static bool
4512 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4513 {
4514
4515         return (range->attrs == attrs);
4516 }
4517
4518 static void
4519 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4520     pt_entry_t attrs)
4521 {
4522
4523         memset(range, 0, sizeof(*range));
4524         range->sva = va;
4525         range->attrs = attrs;
4526 }
4527
4528 /*
4529  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4530  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4531  * begin a new run.
4532  */
4533 static void
4534 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4535     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4536 {
4537         pt_entry_t attrs;
4538
4539         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4540         attrs = l1e & PTE_G;
4541         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4542                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4543         else if (l2e != 0)
4544                 attrs |= l2e & PTE_G;
4545         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4546                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4547         else if (l3e != 0)
4548                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4549
4550         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4551                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4552                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4553         }
4554 }
4555
4556 static int
4557 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4558 {
4559         struct pmap_kernel_map_range range;
4560         struct sbuf sbuf, *sb;
4561         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4562         pt_entry_t *l3, l3e;
4563         vm_offset_t sva;
4564         vm_paddr_t pa;
4565         int error, i, j, k;
4566
4567         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4568         if (error != 0)
4569                 return (error);
4570         sb = &sbuf;
4571         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4572
4573         /* Sentinel value. */
4574         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4575
4576         /*
4577          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4578          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4579          * observe inconsistencies in the output.
4580          */
4581         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4582         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4583                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4584                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4585                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4586                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4587
4588                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4589                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4590                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4591                         sva += L1_SIZE;
4592                         continue;
4593                 }
4594                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4595                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4596                         range.l1pages++;
4597                         sva += L1_SIZE;
4598                         continue;
4599                 }
4600                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4601                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4602
4603                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4604                         l2e = l2[j];
4605                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4606                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4607                                 sva += L2_SIZE;
4608                                 continue;
4609                         }
4610                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4611                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4612                                 range.l2pages++;
4613                                 sva += L2_SIZE;
4614                                 continue;
4615                         }
4616                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4617                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4618
4619                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4620                             sva += L3_SIZE) {
4621                                 l3e = l3[k];
4622                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4623                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4624                                         continue;
4625                                 }
4626                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4627                                     l1e, l2e, l3e);
4628                                 range.l3pages++;
4629                         }
4630                 }
4631         }
4632
4633         error = sbuf_finish(sb);
4634         sbuf_delete(sb);
4635         return (error);
4636 }
4637 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4638     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4639     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4640     "Dump kernel address layout");