]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
MFC r366760: lua: update to 5.3.6
[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/vm_dumpset.h>
156 #include <vm/uma.h>
157
158 #include <machine/machdep.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/sbi.h>
162
163 #define NUL1E           (Ln_ENTRIES * Ln_ENTRIES)
164 #define NUL2E           (Ln_ENTRIES * NUL1E)
165
166 #if !defined(DIAGNOSTIC)
167 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
168 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
169 #else
170 #define PMAP_INLINE     extern inline
171 #endif
172 #else
173 #define PMAP_INLINE
174 #endif
175
176 #ifdef PV_STATS
177 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
178 #else
179 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
180 #endif
181
182 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
183 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pa_index(pa)])
184
185 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
186
187 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
188                         (&pv_list_locks[pmap_l2_pindex(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
189
190 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
191         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
192         struct rwlock *_new_lock;                       \
193                                                         \
194         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
195         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
196                 if (*_lockp != NULL)                    \
197                         rw_wunlock(*_lockp);            \
198                 *_lockp = _new_lock;                    \
199                 rw_wlock(*_lockp);                      \
200         }                                               \
201 } while (0)
202
203 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
204                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
205
206 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
207         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
208                                                         \
209         if (*_lockp != NULL) {                          \
210                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
211                 *_lockp = NULL;                         \
212         }                                               \
213 } while (0)
214
215 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
216                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
217
218 /* The list of all the user pmaps */
219 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
220 static struct pmaplist allpmaps = LIST_HEAD_INITIALIZER();
221
222 struct pmap kernel_pmap_store;
223
224 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
225 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
226 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
227
228 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
229 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
230 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
231
232 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
233 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
234 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
235
236 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
237 static struct mtx_padalign allpmaps_lock;
238
239 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
240     "VM/pmap parameters");
241
242 static int superpages_enabled = 1;
243 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
244     CTLFLAG_RDTUN, &superpages_enabled, 0,
245     "Enable support for transparent superpages");
246
247 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
248     "2MB page mapping counters");
249
250 static u_long pmap_l2_demotions;
251 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
252     &pmap_l2_demotions, 0,
253     "2MB page demotions");
254
255 static u_long pmap_l2_mappings;
256 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
257     &pmap_l2_mappings, 0,
258     "2MB page mappings");
259
260 static u_long pmap_l2_p_failures;
261 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
262     &pmap_l2_p_failures, 0,
263     "2MB page promotion failures");
264
265 static u_long pmap_l2_promotions;
266 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
267     &pmap_l2_promotions, 0,
268     "2MB page promotions");
269
270 /*
271  * Data for the pv entry allocation mechanism
272  */
273 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
274 static struct mtx pv_chunks_mutex;
275 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
276 static struct md_page *pv_table;
277 static struct md_page pv_dummy;
278
279 extern cpuset_t all_harts;
280
281 /*
282  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
283  */
284 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
285 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
286
287 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
288 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
289 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
290 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
291 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
292 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
293                     vm_offset_t va);
294 static bool     pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va);
295 static bool     pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2,
296                     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
297 static int      pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
298                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
299 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
300     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
301 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
302     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
303 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
304     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
305
306 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
307                 struct rwlock **lockp);
308
309 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
310     struct spglist *free);
311 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
312
313 #define pmap_clear(pte)                 pmap_store(pte, 0)
314 #define pmap_clear_bits(pte, bits)      atomic_clear_64(pte, bits)
315 #define pmap_load_store(pte, entry)     atomic_swap_64(pte, entry)
316 #define pmap_load_clear(pte)            pmap_load_store(pte, 0)
317 #define pmap_load(pte)                  atomic_load_64(pte)
318 #define pmap_store(pte, entry)          atomic_store_64(pte, entry)
319 #define pmap_store_bits(pte, bits)      atomic_set_64(pte, bits)
320
321 /********************/
322 /* Inline functions */
323 /********************/
324
325 static __inline void
326 pagecopy(void *s, void *d)
327 {
328
329         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
330 }
331
332 static __inline void
333 pagezero(void *p)
334 {
335
336         bzero(p, PAGE_SIZE);
337 }
338
339 #define pmap_l1_index(va)       (((va) >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
340 #define pmap_l2_index(va)       (((va) >> L2_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
341 #define pmap_l3_index(va)       (((va) >> L3_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
342
343 #define PTE_TO_PHYS(pte) \
344     ((((pte) & ~PTE_HI_MASK) >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
345
346 static __inline pd_entry_t *
347 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
348 {
349
350         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
351 }
352
353 static __inline pd_entry_t *
354 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
355 {
356         vm_paddr_t phys;
357         pd_entry_t *l2;
358
359         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
360         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
361
362         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
363 }
364
365 static __inline pd_entry_t *
366 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
367 {
368         pd_entry_t *l1;
369
370         l1 = pmap_l1(pmap, va);
371         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
372                 return (NULL);
373         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
374                 return (NULL);
375
376         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
377 }
378
379 static __inline pt_entry_t *
380 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
381 {
382         vm_paddr_t phys;
383         pt_entry_t *l3;
384
385         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
386         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
387
388         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
389 }
390
391 static __inline pt_entry_t *
392 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
393 {
394         pd_entry_t *l2;
395
396         l2 = pmap_l2(pmap, va);
397         if (l2 == NULL)
398                 return (NULL);
399         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
400                 return (NULL);
401         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
402                 return (NULL);
403
404         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
405 }
406
407 static __inline void
408 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
409 {
410
411         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
412         pmap->pm_stats.resident_count += count;
413 }
414
415 static __inline void
416 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
417 {
418
419         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
420         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
421             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
422             pmap->pm_stats.resident_count, count));
423         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
424 }
425
426 static void
427 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
428     pt_entry_t entry)
429 {
430         struct pmap *user_pmap;
431         pd_entry_t *l1;
432
433         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
434         if (pmap != kernel_pmap)
435                 return;
436
437         mtx_lock(&allpmaps_lock);
438         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
439                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
440                 pmap_store(l1, entry);
441         }
442         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
443 }
444
445 static pt_entry_t *
446 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
447     u_int *l2_slot)
448 {
449         pt_entry_t *l2;
450         pd_entry_t *l1;
451
452         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
453         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
454
455         /* Check locore has used a table L1 map */
456         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
457                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
458
459         /* Find the address of the L2 table */
460         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
461         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
462
463         return (l2);
464 }
465
466 static vm_paddr_t
467 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
468 {
469         u_int l1_slot, l2_slot;
470         pt_entry_t *l2;
471         vm_paddr_t ret;
472
473         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
474
475         /* Check locore has used L2 superpages */
476         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
477                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
478
479         /* L2 is superpages */
480         ret = (l2[l2_slot] >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
481         ret += (va & L2_OFFSET);
482
483         return (ret);
484 }
485
486 static void
487 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
488 {
489         vm_offset_t va;
490         vm_paddr_t pa;
491         pd_entry_t *l1;
492         u_int l1_slot;
493         pt_entry_t entry;
494         pn_t pn;
495
496         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
497         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
498         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
499         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
500
501         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
502             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
503                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
504
505                 /* superpages */
506                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
507                 entry = PTE_KERN;
508                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
509                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
510         }
511
512         /* Set the upper limit of the DMAP region */
513         dmap_phys_max = pa;
514         dmap_max_addr = va;
515
516         sfence_vma();
517 }
518
519 static vm_offset_t
520 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
521 {
522         vm_offset_t l3pt;
523         pt_entry_t entry;
524         pd_entry_t *l2;
525         vm_paddr_t pa;
526         u_int l2_slot;
527         pn_t pn;
528
529         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
530
531         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
532         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
533         l2_slot = pmap_l2_index(va);
534         l3pt = l3_start;
535
536         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
537                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
538
539                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
540                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
541                 entry = (PTE_V);
542                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
543                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
544                 l3pt += PAGE_SIZE;
545         }
546
547         /* Clean the L2 page table */
548         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
549
550         return (l3pt);
551 }
552
553 /*
554  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
555  */
556 void
557 pmap_bootstrap(vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
558 {
559         u_int l1_slot, l2_slot;
560         vm_offset_t freemempos;
561         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
562         vm_paddr_t max_pa, min_pa, pa;
563         pt_entry_t *l2p;
564         int i;
565
566         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
567
568         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
569         kernel_pmap_store.pm_l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
570         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
571
572         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
573
574         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
575
576         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address. */
577         min_pa = max_pa = kernstart;
578
579         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
580         physmap_idx /= 2;
581
582         /*
583          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
584          * but may contain empty ranges.
585          */
586         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
587                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
588                         continue;
589                 if (physmap[i] <= min_pa)
590                         min_pa = physmap[i];
591                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
592                         max_pa = physmap[i + 1];
593         }
594         printf("physmap_idx %u\n", physmap_idx);
595         printf("min_pa %lx\n", min_pa);
596         printf("max_pa %lx\n", max_pa);
597
598         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
599         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
600
601         /*
602          * Read the page table to find out what is already mapped.
603          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
604          * using a single L1 entry.
605          */
606         (void)pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
607
608         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
609         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
610
611         freemempos = roundup2(KERNBASE + kernlen, PAGE_SIZE);
612
613         /* Create the l3 tables for the early devmap */
614         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
615             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
616
617         /*
618          * Invalidate the mapping we created for the DTB. At this point a copy
619          * has been created, and we no longer need it. We want to avoid the
620          * possibility of an aliased mapping in the future.
621          */
622         l2p = pmap_l2(kernel_pmap, VM_EARLY_DTB_ADDRESS);
623         if ((pmap_load(l2p) & PTE_V) != 0)
624                 pmap_clear(l2p);
625
626         sfence_vma();
627
628 #define alloc_pages(var, np)                                            \
629         (var) = freemempos;                                             \
630         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
631         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
632
633         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
634         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
635         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
636
637         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
638         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
639         msgbufp = (void *)msgbufpv;
640
641         virtual_avail = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
642         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
643         kernel_vm_end = virtual_avail;
644
645         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
646
647         physmem_exclude_region(kernstart, pa - kernstart, EXFLAG_NOALLOC);
648 }
649
650 /*
651  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
652  */
653 void
654 pmap_page_init(vm_page_t m)
655 {
656
657         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
658         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
659 }
660
661 /*
662  *      Initialize the pmap module.
663  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
664  *      system needs to map virtual memory.
665  */
666 void
667 pmap_init(void)
668 {
669         vm_size_t s;
670         int i, pv_npg;
671
672         /*
673          * Initialize the pv chunk and pmap list mutexes.
674          */
675         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
676         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_DEF);
677
678         /*
679          * Initialize the pool of pv list locks.
680          */
681         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
682                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
683
684         /*
685          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
686          */
687         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
688
689         /*
690          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
691          */
692         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
693         s = round_page(s);
694         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
695         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
696                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
697         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
698
699         if (superpages_enabled)
700                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
701 }
702
703 #ifdef SMP
704 /*
705  * For SMP, these functions have to use IPIs for coherence.
706  *
707  * In general, the calling thread uses a plain fence to order the
708  * writes to the page tables before invoking an SBI callback to invoke
709  * sfence_vma() on remote CPUs.
710  */
711 static void
712 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
713 {
714         cpuset_t mask;
715
716         sched_pin();
717         mask = pmap->pm_active;
718         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
719         fence();
720         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
721                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, va, 1);
722         sfence_vma_page(va);
723         sched_unpin();
724 }
725
726 static void
727 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
728 {
729         cpuset_t mask;
730
731         sched_pin();
732         mask = pmap->pm_active;
733         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
734         fence();
735         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
736                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, sva, eva - sva + 1);
737
738         /*
739          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
740          * number of pages in the future.
741          */
742         sfence_vma();
743         sched_unpin();
744 }
745
746 static void
747 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
748 {
749         cpuset_t mask;
750
751         sched_pin();
752         mask = pmap->pm_active;
753         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
754
755         /*
756          * XXX: The SBI doc doesn't detail how to specify x0 as the
757          * address to perform a global fence.  BBL currently treats
758          * all sfence_vma requests as global however.
759          */
760         fence();
761         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
762                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, 0, 0);
763         sfence_vma();
764         sched_unpin();
765 }
766 #else
767 /*
768  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
769  * We inline these within pmap.c for speed.
770  */
771 static __inline void
772 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
773 {
774
775         sfence_vma_page(va);
776 }
777
778 static __inline void
779 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
780 {
781
782         /*
783          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
784          * number of pages in the future.
785          */
786         sfence_vma();
787 }
788
789 static __inline void
790 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
791 {
792
793         sfence_vma();
794 }
795 #endif
796
797 /*
798  *      Routine:        pmap_extract
799  *      Function:
800  *              Extract the physical page address associated
801  *              with the given map/virtual_address pair.
802  */
803 vm_paddr_t 
804 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
805 {
806         pd_entry_t *l2p, l2;
807         pt_entry_t *l3p, l3;
808         vm_paddr_t pa;
809
810         pa = 0;
811         PMAP_LOCK(pmap);
812         /*
813          * Start with the l2 tabel. We are unable to allocate
814          * pages in the l1 table.
815          */
816         l2p = pmap_l2(pmap, va);
817         if (l2p != NULL) {
818                 l2 = pmap_load(l2p);
819                 if ((l2 & PTE_RX) == 0) {
820                         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
821                         if (l3p != NULL) {
822                                 l3 = pmap_load(l3p);
823                                 pa = PTE_TO_PHYS(l3);
824                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
825                         }
826                 } else {
827                         /* L2 is superpages */
828                         pa = (l2 >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
829                         pa |= (va & L2_OFFSET);
830                 }
831         }
832         PMAP_UNLOCK(pmap);
833         return (pa);
834 }
835
836 /*
837  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
838  *      Function:
839  *              Atomically extract and hold the physical page
840  *              with the given pmap and virtual address pair
841  *              if that mapping permits the given protection.
842  */
843 vm_page_t
844 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
845 {
846         pt_entry_t *l3p, l3;
847         vm_paddr_t phys;
848         vm_page_t m;
849
850         m = NULL;
851         PMAP_LOCK(pmap);
852         l3p = pmap_l3(pmap, va);
853         if (l3p != NULL && (l3 = pmap_load(l3p)) != 0) {
854                 if ((l3 & PTE_W) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
855                         phys = PTE_TO_PHYS(l3);
856                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
857                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
858                                 m = NULL;
859                 }
860         }
861         PMAP_UNLOCK(pmap);
862         return (m);
863 }
864
865 vm_paddr_t
866 pmap_kextract(vm_offset_t va)
867 {
868         pd_entry_t *l2;
869         pt_entry_t *l3;
870         vm_paddr_t pa;
871
872         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
873                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
874         } else {
875                 l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
876                 if (l2 == NULL)
877                         panic("pmap_kextract: No l2");
878                 if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0) {
879                         /* superpages */
880                         pa = (pmap_load(l2) >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
881                         pa |= (va & L2_OFFSET);
882                         return (pa);
883                 }
884
885                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
886                 if (l3 == NULL)
887                         panic("pmap_kextract: No l3...");
888                 pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3));
889                 pa |= (va & PAGE_MASK);
890         }
891         return (pa);
892 }
893
894 /***************************************************
895  * Low level mapping routines.....
896  ***************************************************/
897
898 void
899 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
900 {
901         pt_entry_t entry;
902         pt_entry_t *l3;
903         vm_offset_t va;
904         pn_t pn;
905
906         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
907            ("pmap_kenter_device: Invalid physical address"));
908         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
909            ("pmap_kenter_device: Invalid virtual address"));
910         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
911             ("pmap_kenter_device: Mapping is not page-sized"));
912
913         va = sva;
914         while (size != 0) {
915                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
916                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
917
918                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
919                 entry = PTE_KERN;
920                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
921                 pmap_store(l3, entry);
922
923                 va += PAGE_SIZE;
924                 pa += PAGE_SIZE;
925                 size -= PAGE_SIZE;
926         }
927         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
928 }
929
930 /*
931  * Remove a page from the kernel pagetables.
932  * Note: not SMP coherent.
933  */
934 PMAP_INLINE void
935 pmap_kremove(vm_offset_t va)
936 {
937         pt_entry_t *l3;
938
939         l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
940         KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
941
942         pmap_clear(l3);
943         sfence_vma();
944 }
945
946 void
947 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
948 {
949         pt_entry_t *l3;
950         vm_offset_t va;
951
952         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
953            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
954         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
955             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
956
957         va = sva;
958         while (size != 0) {
959                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
960                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
961                 pmap_clear(l3);
962
963                 va += PAGE_SIZE;
964                 size -= PAGE_SIZE;
965         }
966
967         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
968 }
969
970 /*
971  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
972  *      virtual address space.
973  *
974  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
975  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
976  *      physical to virtual region can return the appropriate address
977  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
978  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
979  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
980  *      region.
981  */
982 vm_offset_t
983 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
984 {
985
986         return PHYS_TO_DMAP(start);
987 }
988
989 /*
990  * Add a list of wired pages to the kva
991  * this routine is only used for temporary
992  * kernel mappings that do not need to have
993  * page modification or references recorded.
994  * Note that old mappings are simply written
995  * over.  The page *must* be wired.
996  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
997  */
998 void
999 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1000 {
1001         pt_entry_t *l3, pa;
1002         vm_offset_t va;
1003         vm_page_t m;
1004         pt_entry_t entry;
1005         pn_t pn;
1006         int i;
1007
1008         va = sva;
1009         for (i = 0; i < count; i++) {
1010                 m = ma[i];
1011                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1012                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1013                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1014
1015                 entry = PTE_KERN;
1016                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1017                 pmap_store(l3, entry);
1018
1019                 va += L3_SIZE;
1020         }
1021         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1022 }
1023
1024 /*
1025  * This routine tears out page mappings from the
1026  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1027  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1028  */
1029 void
1030 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1031 {
1032         pt_entry_t *l3;
1033         vm_offset_t va;
1034
1035         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1036
1037         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1038                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1039                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1040                 pmap_clear(l3);
1041         }
1042         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1043 }
1044
1045 bool
1046 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1047 {
1048
1049         return (superpages_enabled);
1050 }
1051
1052 /***************************************************
1053  * Page table page management routines.....
1054  ***************************************************/
1055 /*
1056  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1057  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1058  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1059  */
1060 static __inline void
1061 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1062     boolean_t set_PG_ZERO)
1063 {
1064
1065         if (set_PG_ZERO)
1066                 m->flags |= PG_ZERO;
1067         else
1068                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1069         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1074  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1075  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1076  * ordered by this virtual address range.
1077  *
1078  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1079  */
1080 static __inline int
1081 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1082 {
1083
1084         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1085         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1086         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1091  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1092  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1093  * specified virtual address.
1094  */
1095 static __inline vm_page_t
1096 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1097 {
1098
1099         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1100         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1105  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1106  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1107  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1108  */
1109 static inline boolean_t
1110 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1111 {
1112
1113         --m->ref_count;
1114         if (m->ref_count == 0) {
1115                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1116                 return (TRUE);
1117         } else {
1118                 return (FALSE);
1119         }
1120 }
1121
1122 static void
1123 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1124 {
1125         vm_paddr_t phys;
1126
1127         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1128         if (m->pindex >= NUL1E) {
1129                 pd_entry_t *l1;
1130                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1131                 pmap_clear(l1);
1132                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1133         } else {
1134                 pd_entry_t *l2;
1135                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1136                 pmap_clear(l2);
1137         }
1138         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1139         if (m->pindex < NUL1E) {
1140                 pd_entry_t *l1;
1141                 vm_page_t pdpg;
1142
1143                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1144                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1145                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1146                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1147         }
1148         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1149
1150         vm_wire_sub(1);
1151
1152         /* 
1153          * Put page on a list so that it is released after
1154          * *ALL* TLB shootdown is done
1155          */
1156         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * After removing a page table entry, this routine is used to
1161  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1162  */
1163 static int
1164 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1165     struct spglist *free)
1166 {
1167         vm_page_t mpte;
1168
1169         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1170                 return (0);
1171         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1172         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1173         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1174 }
1175
1176 void
1177 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1178 {
1179
1180         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1181         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1182         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1183         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1184         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1185         pmap_activate_boot(pmap);
1186 }
1187
1188 int
1189 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1190 {
1191         vm_paddr_t l1phys;
1192         vm_page_t l1pt;
1193
1194         /*
1195          * allocate the l1 page
1196          */
1197         while ((l1pt = vm_page_alloc(NULL, 0xdeadbeef, VM_ALLOC_NORMAL |
1198             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1199                 vm_wait(NULL);
1200
1201         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1202         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1203         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1204
1205         if ((l1pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1206                 pagezero(pmap->pm_l1);
1207
1208         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1209
1210         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1211
1212         /* Install kernel pagetables */
1213         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1214
1215         /* Add to the list of all user pmaps */
1216         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1217         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1218         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1219
1220         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1221
1222         return (1);
1223 }
1224
1225 /*
1226  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1227  *
1228  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1229  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1230  *
1231  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1232  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1233  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1234  * race conditions.
1235  */
1236 static vm_page_t
1237 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1238 {
1239         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1240         pt_entry_t entry;
1241         vm_paddr_t phys;
1242         pn_t pn;
1243
1244         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1245
1246         /*
1247          * Allocate a page table page.
1248          */
1249         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1250             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1251                 if (lockp != NULL) {
1252                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1253                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1254                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1255                         vm_wait(NULL);
1256                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1257                         PMAP_LOCK(pmap);
1258                 }
1259
1260                 /*
1261                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1262                  * page may have been allocated.
1263                  */
1264                 return (NULL);
1265         }
1266
1267         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1268                 pmap_zero_page(m);
1269
1270         /*
1271          * Map the pagetable page into the process address space, if
1272          * it isn't already there.
1273          */
1274
1275         if (ptepindex >= NUL1E) {
1276                 pd_entry_t *l1;
1277                 vm_pindex_t l1index;
1278
1279                 l1index = ptepindex - NUL1E;
1280                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1281
1282                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1283                 entry = (PTE_V);
1284                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1285                 pmap_store(l1, entry);
1286                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1287         } else {
1288                 vm_pindex_t l1index;
1289                 pd_entry_t *l1, *l2;
1290
1291                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1292                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1293                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1294                         /* recurse for allocating page dir */
1295                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL1E + l1index,
1296                             lockp) == NULL) {
1297                                 vm_page_unwire_noq(m);
1298                                 vm_page_free_zero(m);
1299                                 return (NULL);
1300                         }
1301                 } else {
1302                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1303                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1304                         pdpg->ref_count++;
1305                 }
1306
1307                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1308                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1309                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1310
1311                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1312                 entry = (PTE_V);
1313                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1314                 pmap_store(l2, entry);
1315         }
1316
1317         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1318
1319         return (m);
1320 }
1321
1322 static vm_page_t
1323 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1324 {
1325         pd_entry_t *l1;
1326         vm_page_t l2pg;
1327         vm_pindex_t l2pindex;
1328
1329 retry:
1330         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1331         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0) {
1332                 /* Add a reference to the L2 page. */
1333                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1334                 l2pg->ref_count++;
1335         } else {
1336                 /* Allocate a L2 page. */
1337                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1338                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1339                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1340                         goto retry;
1341         }
1342         return (l2pg);
1343 }
1344
1345 static vm_page_t
1346 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1347 {
1348         vm_pindex_t ptepindex;
1349         pd_entry_t *l2;
1350         vm_paddr_t phys;
1351         vm_page_t m;
1352
1353         /*
1354          * Calculate pagetable page index
1355          */
1356         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1357 retry:
1358         /*
1359          * Get the page directory entry
1360          */
1361         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1362
1363         /*
1364          * If the page table page is mapped, we just increment the
1365          * hold count, and activate it.
1366          */
1367         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1368                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1369                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1370                 m->ref_count++;
1371         } else {
1372                 /*
1373                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1374                  * deallocated.
1375                  */
1376                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1377                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1378                         goto retry;
1379         }
1380         return (m);
1381 }
1382
1383 /***************************************************
1384  * Pmap allocation/deallocation routines.
1385  ***************************************************/
1386
1387 /*
1388  * Release any resources held by the given physical map.
1389  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1390  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1391  */
1392 void
1393 pmap_release(pmap_t pmap)
1394 {
1395         vm_page_t m;
1396
1397         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1398             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1399             pmap->pm_stats.resident_count));
1400         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1401             ("releasing active pmap %p", pmap));
1402
1403         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1404         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1405         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1406
1407         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1408         vm_page_unwire_noq(m);
1409         vm_page_free(m);
1410 }
1411
1412 static int
1413 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1414 {
1415         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1416
1417         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1418 }
1419 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1420     0, 0, kvm_size, "LU",
1421     "Size of KVM");
1422
1423 static int
1424 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1425 {
1426         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1427
1428         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1429 }
1430 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1431     0, 0, kvm_free, "LU",
1432     "Amount of KVM free");
1433
1434 /*
1435  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1436  */
1437 void
1438 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1439 {
1440         vm_paddr_t paddr;
1441         vm_page_t nkpg;
1442         pd_entry_t *l1, *l2;
1443         pt_entry_t entry;
1444         pn_t pn;
1445
1446         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1447
1448         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1449         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1450                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1451         while (kernel_vm_end < addr) {
1452                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1453                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1454                         /* We need a new PDP entry */
1455                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1456                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1457                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1458                         if (nkpg == NULL)
1459                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1460                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1461                                 pmap_zero_page(nkpg);
1462                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1463
1464                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1465                         entry = (PTE_V);
1466                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1467                         pmap_store(l1, entry);
1468                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1469                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1470                         continue; /* try again */
1471                 }
1472                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1473                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1474                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1475                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1476                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1477                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1478                                 break;
1479                         }
1480                         continue;
1481                 }
1482
1483                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1484                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1485                     VM_ALLOC_ZERO);
1486                 if (nkpg == NULL)
1487                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1488                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0) {
1489                         pmap_zero_page(nkpg);
1490                 }
1491                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1492
1493                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1494                 entry = (PTE_V);
1495                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1496                 pmap_store(l2, entry);
1497
1498                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1499
1500                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1501                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1502                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1503                         break;                       
1504                 }
1505         }
1506 }
1507
1508 /***************************************************
1509  * page management routines.
1510  ***************************************************/
1511
1512 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1513 CTASSERT(_NPCM == 3);
1514 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1515
1516 static __inline struct pv_chunk *
1517 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1518 {
1519
1520         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1521 }
1522
1523 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1524
1525 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1526 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1527 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1528
1529 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1530
1531 #if 0
1532 #ifdef PV_STATS
1533 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1534
1535 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1536         "Current number of pv entry chunks");
1537 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1538         "Current number of pv entry chunks allocated");
1539 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1540         "Current number of pv entry chunks frees");
1541 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1542         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1543
1544 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1545 static int pv_entry_spare;
1546
1547 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1548         "Current number of pv entry frees");
1549 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1550         "Current number of pv entry allocs");
1551 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1552         "Current number of pv entries");
1553 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1554         "Current number of spare pv entries");
1555 #endif
1556 #endif /* 0 */
1557
1558 /*
1559  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1560  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1561  * another pv entry chunk.
1562  *
1563  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1564  *
1565  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1566  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1567  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1568  */
1569 static vm_page_t
1570 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1571 {
1572
1573         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1574 }
1575
1576 /*
1577  * free the pv_entry back to the free list
1578  */
1579 static void
1580 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1581 {
1582         struct pv_chunk *pc;
1583         int idx, field, bit;
1584
1585         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1586         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1587         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1588         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1589         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1590         pc = pv_to_chunk(pv);
1591         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1592         field = idx / 64;
1593         bit = idx % 64;
1594         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1595         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1596             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1597                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1598                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1599                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1600                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1601                 }
1602                 return;
1603         }
1604         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1605         free_pv_chunk(pc);
1606 }
1607
1608 static void
1609 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1610 {
1611         vm_page_t m;
1612
1613         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1614         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1615         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1616         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1617         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1618         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1619         /* entire chunk is free, return it */
1620         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1621         dump_drop_page(m->phys_addr);
1622         vm_page_unwire_noq(m);
1623         vm_page_free(m);
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1628  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1629  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1630  * returned.
1631  *
1632  * The given PV list lock may be released.
1633  */
1634 static pv_entry_t
1635 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1636 {
1637         int bit, field;
1638         pv_entry_t pv;
1639         struct pv_chunk *pc;
1640         vm_page_t m;
1641
1642         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1643         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1644         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1645 retry:
1646         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1647         if (pc != NULL) {
1648                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1649                         if (pc->pc_map[field]) {
1650                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1651                                 break;
1652                         }
1653                 }
1654                 if (field < _NPCM) {
1655                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1656                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1657                         /* If this was the last item, move it to tail */
1658                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1659                             pc->pc_map[2] == 0) {
1660                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1661                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1662                                     pc_list);
1663                         }
1664                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1665                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1666                         return (pv);
1667                 }
1668         }
1669         /* No free items, allocate another chunk */
1670         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1671             VM_ALLOC_WIRED);
1672         if (m == NULL) {
1673                 if (lockp == NULL) {
1674                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1675                         return (NULL);
1676                 }
1677                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1678                 if (m == NULL)
1679                         goto retry;
1680         }
1681         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1682         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1683         dump_add_page(m->phys_addr);
1684         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1685         pc->pc_pmap = pmap;
1686         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1687         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1688         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1689         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1690         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1691         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1692         pv = &pc->pc_pventry[0];
1693         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1694         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1695         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1696         return (pv);
1697 }
1698
1699 /*
1700  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1701  * exceeds the given count, "needed".
1702  *
1703  * The given PV list lock may be released.
1704  */
1705 static void
1706 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1707 {
1708         struct pch new_tail;
1709         struct pv_chunk *pc;
1710         vm_page_t m;
1711         int avail, free;
1712         bool reclaimed;
1713
1714         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1715         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1716         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1717
1718         /*
1719          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1720          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1721          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1722          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1723          */
1724         TAILQ_INIT(&new_tail);
1725 retry:
1726         avail = 0;
1727         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1728                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1729                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1730                 if (free == 0)
1731                         break;
1732                 avail += free;
1733                 if (avail >= needed)
1734                         break;
1735         }
1736         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1737                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1738                     VM_ALLOC_WIRED);
1739                 if (m == NULL) {
1740                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1741                         if (m == NULL)
1742                                 goto retry;
1743                         reclaimed = true;
1744                 }
1745                 /* XXX PV STATS */
1746 #if 0
1747                 dump_add_page(m->phys_addr);
1748 #endif
1749                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1750                 pc->pc_pmap = pmap;
1751                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1752                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1753                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1754                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1755                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1756
1757                 /*
1758                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1759                  * If that chunk contained available entries, we need to
1760                  * re-count the number of available entries.
1761                  */
1762                 if (reclaimed)
1763                         goto retry;
1764         }
1765         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1766                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1767                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1768                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1769         }
1770 }
1771
1772 /*
1773  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1774  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1775  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1776  * 2MB page mappings.
1777  */
1778 static __inline pv_entry_t
1779 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1780 {
1781         pv_entry_t pv;
1782
1783         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1784         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1785                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1786                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1787                         pvh->pv_gen++;
1788                         break;
1789                 }
1790         }
1791         return (pv);
1792 }
1793
1794 /*
1795  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1796  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1797  * page mappings.
1798  */
1799 static void
1800 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1801 {
1802         pv_entry_t pv;
1803
1804         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1805
1806         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1807         free_pv_entry(pmap, pv);
1808 }
1809
1810 /*
1811  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1812  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1813  */
1814 static boolean_t
1815 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1816     struct rwlock **lockp)
1817 {
1818         pv_entry_t pv;
1819
1820         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1821         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1822         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1823         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1824                 pv->pv_va = va;
1825                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1826                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1827                 m->md.pv_gen++;
1828                 return (TRUE);
1829         } else
1830                 return (FALSE);
1831 }
1832
1833 /*
1834  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1835  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1836  * entries for each of the 4KB page mappings.
1837  */
1838 static void __unused
1839 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1840     struct rwlock **lockp)
1841 {
1842         struct md_page *pvh;
1843         struct pv_chunk *pc;
1844         pv_entry_t pv;
1845         vm_page_t m;
1846         vm_offset_t va_last;
1847         int bit, field;
1848
1849         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1851         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1852
1853         /*
1854          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1855          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1856          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1857          */
1858         pvh = pa_to_pvh(pa);
1859         va &= ~L2_OFFSET;
1860         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1861         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1862         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1863         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1864         m->md.pv_gen++;
1865         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1866         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1867         for (;;) {
1868                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1869                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1870                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1871                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1872                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1873                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1874                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1875                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1876                                 va += PAGE_SIZE;
1877                                 pv->pv_va = va;
1878                                 m++;
1879                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1880                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1881                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1882                                 m->md.pv_gen++;
1883                                 if (va == va_last)
1884                                         goto out;
1885                         }
1886                 }
1887                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1888                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1889         }
1890 out:
1891         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1892                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1893                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1894         }
1895         /* XXX PV stats */
1896 }
1897
1898 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1899 static void
1900 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1901     struct rwlock **lockp)
1902 {
1903         struct md_page *pvh;
1904         pv_entry_t pv;
1905         vm_page_t m;
1906         vm_offset_t va_last;
1907
1908         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1909         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1910             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1911
1912         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1913
1914         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1915         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1916         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1917         pvh = pa_to_pvh(pa);
1918         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1919         pvh->pv_gen++;
1920
1921         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1922         do {
1923                 m++;
1924                 va += PAGE_SIZE;
1925                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1926         } while (va < va_last);
1927 }
1928 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1929
1930 /*
1931  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1932  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1933  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1934  */
1935 static bool
1936 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1937     struct rwlock **lockp)
1938 {
1939         struct md_page *pvh;
1940         pv_entry_t pv;
1941         vm_paddr_t pa;
1942
1943         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1944         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1945         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1946             NULL : lockp)) == NULL)
1947                 return (false);
1948         pv->pv_va = va;
1949         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1950         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1951         pvh = pa_to_pvh(pa);
1952         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1953         pvh->pv_gen++;
1954         return (true);
1955 }
1956
1957 static void
1958 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1959 {
1960         pt_entry_t newl2, oldl2;
1961         vm_page_t ml3;
1962         vm_paddr_t ml3pa;
1963
1964         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1965         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1966         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1967
1968         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1969         if (ml3 == NULL)
1970                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1971
1972         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1973         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1974
1975         /*
1976          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1977          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1978          */
1979         if (ml3->valid != 0)
1980                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1981
1982         /*
1983          * Demote the mapping.
1984          */
1985         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
1986         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
1987             __func__, l2, oldl2));
1988 }
1989
1990 /*
1991  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
1992  */
1993 static int
1994 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
1995     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
1996 {
1997         struct md_page *pvh;
1998         pt_entry_t oldl2;
1999         vm_offset_t eva, va;
2000         vm_page_t m, ml3;
2001
2002         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2003         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2004         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2005         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2006             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2007
2008         /*
2009          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2010          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2011          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2012          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2013          * entire range.
2014          */
2015         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2016         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2017                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2018         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2019         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2020                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2021                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2022                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2023                 eva = sva + L2_SIZE;
2024                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2025                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2026                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2027                                 vm_page_dirty(m);
2028                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2029                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2030                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2031                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2032                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2033                 }
2034         }
2035         if (pmap == kernel_pmap) {
2036                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2037         } else {
2038                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2039                 if (ml3 != NULL) {
2040                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2041                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2042                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2043                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2044                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2045                         ml3->ref_count = 1;
2046                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2047                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2048                 }
2049         }
2050         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2051 }
2052
2053 /*
2054  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2055  */
2056 static int
2057 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2058     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2059 {
2060         struct md_page *pvh;
2061         pt_entry_t old_l3;
2062         vm_paddr_t phys;
2063         vm_page_t m;
2064
2065         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2066         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2067         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2068         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2069                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2070         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2071         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2072                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2073                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2074                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2075                         vm_page_dirty(m);
2076                 if (old_l3 & PTE_A)
2077                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2078                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2079                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2080                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2081                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2082                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2083                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2084                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2085                 }
2086         }
2087
2088         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2089 }
2090
2091 /*
2092  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2093  *
2094  *      It is assumed that the start and end are properly
2095  *      rounded to the page size.
2096  */
2097 void
2098 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2099 {
2100         struct spglist free;
2101         struct rwlock *lock;
2102         vm_offset_t va, va_next;
2103         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2104         pt_entry_t *l3;
2105
2106         /*
2107          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2108          */
2109         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2110                 return;
2111
2112         SLIST_INIT(&free);
2113
2114         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2115         PMAP_LOCK(pmap);
2116
2117         lock = NULL;
2118         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2119                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2120                         break;
2121
2122                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2123                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2124                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2125                         if (va_next < sva)
2126                                 va_next = eva;
2127                         continue;
2128                 }
2129
2130                 /*
2131                  * Calculate index for next page table.
2132                  */
2133                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2134                 if (va_next < sva)
2135                         va_next = eva;
2136
2137                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2138                 if (l2 == NULL)
2139                         continue;
2140                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2141                         continue;
2142                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2143                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2144                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2145                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2146                                 continue;
2147                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2148                             &lock)) {
2149                                 /*
2150                                  * The large page mapping was destroyed.
2151                                  */
2152                                 continue;
2153                         }
2154                         l2e = pmap_load(l2);
2155                 }
2156
2157                 /*
2158                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2159                  * by the current page table page, or to the end of the
2160                  * range being removed.
2161                  */
2162                 if (va_next > eva)
2163                         va_next = eva;
2164
2165                 va = va_next;
2166                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2167                     sva += L3_SIZE) {
2168                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2169                                 if (va != va_next) {
2170                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2171                                         va = va_next;
2172                                 }
2173                                 continue;
2174                         }
2175                         if (va == va_next)
2176                                 va = sva;
2177                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2178                                 sva += L3_SIZE;
2179                                 break;
2180                         }
2181                 }
2182                 if (va != va_next)
2183                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2184         }
2185         if (lock != NULL)
2186                 rw_wunlock(lock);
2187         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2188         PMAP_UNLOCK(pmap);
2189         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2190 }
2191
2192 /*
2193  *      Routine:        pmap_remove_all
2194  *      Function:
2195  *              Removes this physical page from
2196  *              all physical maps in which it resides.
2197  *              Reflects back modify bits to the pager.
2198  *
2199  *      Notes:
2200  *              Original versions of this routine were very
2201  *              inefficient because they iteratively called
2202  *              pmap_remove (slow...)
2203  */
2204
2205 void
2206 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2207 {
2208         struct spglist free;
2209         struct md_page *pvh;
2210         pmap_t pmap;
2211         pt_entry_t *l3, l3e;
2212         pd_entry_t *l2, l2e;
2213         pv_entry_t pv;
2214         vm_offset_t va;
2215
2216         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2217             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2218         SLIST_INIT(&free);
2219         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2220             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2221
2222         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2223         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2224                 pmap = PV_PMAP(pv);
2225                 PMAP_LOCK(pmap);
2226                 va = pv->pv_va;
2227                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2228                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2229                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2230         }
2231         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2232                 pmap = PV_PMAP(pv);
2233                 PMAP_LOCK(pmap);
2234                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2235                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2236                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2237                 l2e = pmap_load(l2);
2238
2239                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2240                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2241
2242                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2243                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2244                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2245                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2246                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2247                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2248                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2249
2250                 /*
2251                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2252                  */
2253                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2254                         vm_page_dirty(m);
2255                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2256                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2257                 m->md.pv_gen++;
2258                 free_pv_entry(pmap, pv);
2259                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2260         }
2261         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2262         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2263         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2264 }
2265
2266 /*
2267  *      Set the physical protection on the
2268  *      specified range of this map as requested.
2269  */
2270 void
2271 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2272 {
2273         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2274         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2275         vm_page_t m, mt;
2276         vm_paddr_t pa;
2277         vm_offset_t va_next;
2278         bool anychanged, pv_lists_locked;
2279
2280         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2281                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2282                 return;
2283         }
2284
2285         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2286             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2287                 return;
2288
2289         anychanged = false;
2290         pv_lists_locked = false;
2291         mask = 0;
2292         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2293                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2294         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2295                 mask |= PTE_X;
2296 resume:
2297         PMAP_LOCK(pmap);
2298         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2299                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2300                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2301                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2302                         if (va_next < sva)
2303                                 va_next = eva;
2304                         continue;
2305                 }
2306
2307                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2308                 if (va_next < sva)
2309                         va_next = eva;
2310
2311                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2312                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2313                         continue;
2314                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2315                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2316 retryl2:
2317                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2318                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2319                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2320                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2321                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2322                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2323                                                 vm_page_dirty(mt);
2324                                 }
2325                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2326                                         goto retryl2;
2327                                 anychanged = true;
2328                                 continue;
2329                         } else {
2330                                 if (!pv_lists_locked) {
2331                                         pv_lists_locked = true;
2332                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2333                                                 if (anychanged)
2334                                                         pmap_invalidate_all(
2335                                                             pmap);
2336                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2337                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2338                                                 goto resume;
2339                                         }
2340                                 }
2341                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2342                                         /*
2343                                          * The large page mapping was destroyed.
2344                                          */
2345                                         continue;
2346                                 }
2347                         }
2348                 }
2349
2350                 if (va_next > eva)
2351                         va_next = eva;
2352
2353                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2354                     sva += L3_SIZE) {
2355                         l3e = pmap_load(l3);
2356 retryl3:
2357                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2358                                 continue;
2359                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2360                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2361                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2362                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2363                                 vm_page_dirty(m);
2364                         }
2365                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2366                                 goto retryl3;
2367                         anychanged = true;
2368                 }
2369         }
2370         if (anychanged)
2371                 pmap_invalidate_all(pmap);
2372         if (pv_lists_locked)
2373                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2374         PMAP_UNLOCK(pmap);
2375 }
2376
2377 int
2378 pmap_fault_fixup(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2379 {
2380         pd_entry_t *l2, l2e;
2381         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2382         int rv;
2383
2384         rv = 0;
2385         PMAP_LOCK(pmap);
2386         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2387         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2388                 goto done;
2389         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2390                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2391                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2392                         goto done;
2393         } else {
2394                 pte = l2;
2395                 oldpte = l2e;
2396         }
2397
2398         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2399             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2400             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2401             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2402                 goto done;
2403
2404         bits = PTE_A;
2405         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2406                 bits |= PTE_D;
2407
2408         /*
2409          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2410          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2411          * race with each other.
2412          */
2413         if ((oldpte & bits) != bits)
2414                 pmap_store_bits(pte, bits);
2415         sfence_vma();
2416         rv = 1;
2417 done:
2418         PMAP_UNLOCK(pmap);
2419         return (rv);
2420 }
2421
2422 static bool
2423 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2424 {
2425         struct rwlock *lock;
2426         bool rv;
2427
2428         lock = NULL;
2429         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2430         if (lock != NULL)
2431                 rw_wunlock(lock);
2432         return (rv);
2433 }
2434
2435 /*
2436  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2437  * mapping is invalidated.
2438  */
2439 static bool
2440 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2441     struct rwlock **lockp)
2442 {
2443         struct spglist free;
2444         vm_page_t mpte;
2445         pd_entry_t newl2, oldl2;
2446         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2447         vm_paddr_t mptepa;
2448         int i;
2449
2450         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2451
2452         oldl2 = pmap_load(l2);
2453         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2454             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2455         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2456             NULL) {
2457                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2458                     pmap_l2_pindex(va), (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
2459                     VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) ==
2460                     NULL) {
2461                         SLIST_INIT(&free);
2462                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2463                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2464                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2465                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2466                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2467                         return (false);
2468                 }
2469                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2470                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2471                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2472                 }
2473         }
2474         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2475         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2476         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2477         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2478             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2479         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2480             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2481         newl3 = oldl2;
2482
2483         /*
2484          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2485          * initialize it.
2486          */
2487         if (mpte->valid == 0) {
2488                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2489                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2490         }
2491         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2492             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2493             "addresses"));
2494
2495         /*
2496          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2497          * entries.
2498          */
2499         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2500                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2501                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2502
2503         /*
2504          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2505          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2506          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2507          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2508          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2509          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2510          */
2511         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2512                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2513
2514         /*
2515          * Demote the mapping.
2516          */
2517         pmap_store(l2, newl2);
2518
2519         /*
2520          * Demote the PV entry.
2521          */
2522         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2523                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2524
2525         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2526         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2527             va, pmap);
2528         return (true);
2529 }
2530
2531 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2532 static void
2533 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2534     struct rwlock **lockp)
2535 {
2536         pt_entry_t *firstl3, *l3;
2537         vm_paddr_t pa;
2538         vm_page_t ml3;
2539
2540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2541
2542         va &= ~L2_OFFSET;
2543         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2544             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2545
2546         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2547         pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3));
2548         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2549                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2550                     va, pmap);
2551                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2552                 return;
2553         }
2554
2555         pa += PAGE_SIZE;
2556         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2557                 if (PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3)) != pa) {
2558                         CTR2(KTR_PMAP,
2559                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2560                             va, pmap);
2561                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2562                         return;
2563                 }
2564                 if ((pmap_load(l3) & PTE_PROMOTE) !=
2565                     (pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE)) {
2566                         CTR2(KTR_PMAP,
2567                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2568                             va, pmap);
2569                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2570                         return;
2571                 }
2572                 pa += PAGE_SIZE;
2573         }
2574
2575         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2576         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2577             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2578         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2579                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2580                     va, pmap);
2581                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2582                 return;
2583         }
2584
2585         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2586                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)),
2587                     lockp);
2588
2589         pmap_store(l2, pmap_load(firstl3));
2590
2591         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2592         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2593             pmap);
2594 }
2595 #endif
2596
2597 /*
2598  *      Insert the given physical page (p) at
2599  *      the specified virtual address (v) in the
2600  *      target physical map with the protection requested.
2601  *
2602  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2603  *      that the related pte can not be reclaimed.
2604  *
2605  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2606  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2607  *      insert this page into the given map NOW.
2608  */
2609 int
2610 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2611     u_int flags, int8_t psind)
2612 {
2613         struct rwlock *lock;
2614         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2615         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2616         pt_entry_t *l3;
2617         pv_entry_t pv;
2618         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2619         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2620         pt_entry_t entry;
2621         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2622         int rv;
2623         bool nosleep;
2624
2625         va = trunc_page(va);
2626         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2627                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2628         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2629         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2630
2631         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2632         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2633                 new_l3 |= PTE_X;
2634         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2635                 new_l3 |= PTE_D;
2636         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2637                 new_l3 |= PTE_W;
2638         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2639                 new_l3 |= PTE_U;
2640
2641         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2642         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2643                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2644
2645         /*
2646          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2647          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2648          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2649          */
2650         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2651                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2652                         new_l3 |= PTE_D;
2653         } else
2654                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2655
2656         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2657
2658         lock = NULL;
2659         mpte = NULL;
2660         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2661         PMAP_LOCK(pmap);
2662         if (psind == 1) {
2663                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2664                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2665                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2666                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2667                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2668                 goto out;
2669         }
2670
2671         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2672         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2673             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2674             va, &lock))) {
2675                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2676                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2677                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2678                         mpte->ref_count++;
2679                 }
2680         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2681                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2682                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2683                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2684                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2685                         if (lock != NULL)
2686                                 rw_wunlock(lock);
2687                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2688                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2689                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2690                 }
2691                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2692         } else {
2693                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2694                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2695                 if (l3 == NULL) {
2696                         if (l2 == NULL) {
2697                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2698                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2699                                     VM_ALLOC_ZERO);
2700                                 if (l2_m == NULL)
2701                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2702                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2703                                         pmap_zero_page(l2_m);
2704
2705                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2706                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2707
2708                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2709                                 entry = (PTE_V);
2710                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2711                                 pmap_store(l1, entry);
2712                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2713                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2714                         }
2715
2716                         l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2717                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2718                         if (l3_m == NULL)
2719                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2720                         if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2721                                 pmap_zero_page(l3_m);
2722
2723                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2724                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2725                         entry = (PTE_V);
2726                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2727                         pmap_store(l2, entry);
2728                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2729                 }
2730                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2731         }
2732
2733         orig_l3 = pmap_load(l3);
2734         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2735         pv = NULL;
2736
2737         /*
2738          * Is the specified virtual address already mapped?
2739          */
2740         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2741                 /*
2742                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2743                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2744                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2745                  * the PT page will be also.
2746                  */
2747                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2748                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2749                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2750                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2751                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2752                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2753
2754                 /*
2755                  * Remove the extra PT page reference.
2756                  */
2757                 if (mpte != NULL) {
2758                         mpte->ref_count--;
2759                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2760                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2761                              " va: 0x%lx", va));
2762                 }
2763
2764                 /*
2765                  * Has the physical page changed?
2766                  */
2767                 if (opa == pa) {
2768                         /*
2769                          * No, might be a protection or wiring change.
2770                          */
2771                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2772                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2773                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2774                         goto validate;
2775                 }
2776
2777                 /*
2778                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2779                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2780                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2781                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2782                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2783                  * avoiding an allocation.
2784                  *
2785                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2786                  */
2787                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2788                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2789                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2790                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2791                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2792
2793                         /*
2794                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2795                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2796                          * pmap_ts_referenced().
2797                          */
2798                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2799                                 vm_page_dirty(om);
2800                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2801                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2802                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2803                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2804                         KASSERT(pv != NULL,
2805                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2806                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2807                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2808                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2809                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2810                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2811                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2812                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2813                 }
2814                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2815                 orig_l3 = 0;
2816         } else {
2817                 /*
2818                  * Increment the counters.
2819                  */
2820                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2821                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2822                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2823         }
2824         /*
2825          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2826          */
2827         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2828                 if (pv == NULL) {
2829                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2830                         pv->pv_va = va;
2831                 }
2832                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2833                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2834                 m->md.pv_gen++;
2835                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2836                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2837         }
2838
2839 validate:
2840         /*
2841          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2842          * if the new PTE is executable.
2843          */
2844         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2845                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2846
2847         /*
2848          * Update the L3 entry.
2849          */
2850         if (orig_l3 != 0) {
2851                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2852                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2853                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2854                     ("pmap_enter: invalid update"));
2855                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2856                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2857                         vm_page_dirty(m);
2858         } else {
2859                 pmap_store(l3, new_l3);
2860         }
2861
2862 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2863         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2864             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2865             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2866             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2867                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2868 #endif
2869
2870         rv = KERN_SUCCESS;
2871 out:
2872         if (lock != NULL)
2873                 rw_wunlock(lock);
2874         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2875         PMAP_UNLOCK(pmap);
2876         return (rv);
2877 }
2878
2879 /*
2880  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2881  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2882  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2883  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2884  * PV entry.
2885  */
2886 static bool
2887 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2888     struct rwlock **lockp)
2889 {
2890         pd_entry_t new_l2;
2891         pn_t pn;
2892
2893         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2894
2895         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2896         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2897         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2898                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2899         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2900                 new_l2 |= PTE_X;
2901         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2902                 new_l2 |= PTE_U;
2903         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2904             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2905             KERN_SUCCESS);
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2910  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2911  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2912  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2913  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2914  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2915  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2916  *
2917  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2918  */
2919 static int
2920 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2921     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2922 {
2923         struct spglist free;
2924         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2925         vm_offset_t sva;
2926         vm_page_t l2pg, mt;
2927
2928         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2929
2930         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2931             NULL : lockp)) == NULL) {
2932                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2933                     va, pmap);
2934                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2935         }
2936
2937         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2938         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2939         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2940                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2941                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2942                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2943                         l2pg->ref_count--;
2944                         CTR2(KTR_PMAP,
2945                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2946                             va, pmap);
2947                         return (KERN_FAILURE);
2948                 }
2949                 SLIST_INIT(&free);
2950                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2951                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2952                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2953                 else
2954                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2955                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2956                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2957                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2958                                     lockp) != 0)
2959                                         break;
2960                         }
2961                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2962                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2963                         /*
2964                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
2965                          * leave the kernel page table page zero filled.
2966                          */
2967                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2968                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
2969                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
2970                 } else
2971                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
2972                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
2973         }
2974
2975         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2976                 /*
2977                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
2978                  */
2979                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
2980                         SLIST_INIT(&free);
2981                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
2982                                 /*
2983                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
2984                                  * caches could nonetheless have entries that
2985                                  * refer to the freed page table pages.
2986                                  * Invalidate those entries.
2987                                  */
2988                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2989                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2990                         }
2991                         CTR2(KTR_PMAP,
2992                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2993                             va, pmap);
2994                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2995                 }
2996                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
2997                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
2998                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
2999         }
3000
3001         /*
3002          * Increment counters.
3003          */
3004         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3005                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3006         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3007
3008         /*
3009          * Map the superpage.
3010          */
3011         pmap_store(l2, new_l2);
3012
3013         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3014         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3015             va, pmap);
3016
3017         return (KERN_SUCCESS);
3018 }
3019
3020 /*
3021  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3022  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3023  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3024  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3025  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3026  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3027  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3028  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3029  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3030  * corresponding offset from m_start are mapped.
3031  */
3032 void
3033 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3034     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3035 {
3036         struct rwlock *lock;
3037         vm_offset_t va;
3038         vm_page_t m, mpte;
3039         vm_pindex_t diff, psize;
3040
3041         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3042
3043         psize = atop(end - start);
3044         mpte = NULL;
3045         m = m_start;
3046         lock = NULL;
3047         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3048         PMAP_LOCK(pmap);
3049         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3050                 va = start + ptoa(diff);
3051                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3052                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3053                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3054                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3055                 else
3056                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3057                             &lock);
3058                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3059         }
3060         if (lock != NULL)
3061                 rw_wunlock(lock);
3062         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3063         PMAP_UNLOCK(pmap);
3064 }
3065
3066 /*
3067  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3068  * 1. Current pmap & pmap exists.
3069  * 2. Not wired.
3070  * 3. Read access.
3071  * 4. No page table pages.
3072  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3073  */
3074
3075 void
3076 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3077 {
3078         struct rwlock *lock;
3079
3080         lock = NULL;
3081         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3082         PMAP_LOCK(pmap);
3083         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3084         if (lock != NULL)
3085                 rw_wunlock(lock);
3086         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3087         PMAP_UNLOCK(pmap);
3088 }
3089
3090 static vm_page_t
3091 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3092     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3093 {
3094         struct spglist free;
3095         vm_paddr_t phys;
3096         pd_entry_t *l2;
3097         pt_entry_t *l3, newl3;
3098
3099         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3100             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3101             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3102         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3103         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3104
3105         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3106         /*
3107          * In the case that a page table page is not
3108          * resident, we are creating it here.
3109          */
3110         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3111                 vm_pindex_t l2pindex;
3112
3113                 /*
3114                  * Calculate pagetable page index
3115                  */
3116                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3117                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3118                         mpte->ref_count++;
3119                 } else {
3120                         /*
3121                          * Get the l2 entry
3122                          */
3123                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3124
3125                         /*
3126                          * If the page table page is mapped, we just increment
3127                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3128                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3129                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3130                          */
3131                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3132                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3133                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3134                                 mpte->ref_count++;
3135                         } else {
3136                                 /*
3137                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3138                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3139                                  */
3140                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3141                                 if (mpte == NULL)
3142                                         return (mpte);
3143                         }
3144                 }
3145                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3146                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3147         } else {
3148                 mpte = NULL;
3149                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3150         }
3151         if (l3 == NULL)
3152                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3153         if (pmap_load(l3) != 0) {
3154                 if (mpte != NULL) {
3155                         mpte->ref_count--;
3156                         mpte = NULL;
3157                 }
3158                 return (mpte);
3159         }
3160
3161         /*
3162          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3163          */
3164         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3165             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3166                 if (mpte != NULL) {
3167                         SLIST_INIT(&free);
3168                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3169                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3170                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3171                         }
3172                         mpte = NULL;
3173                 }
3174                 return (mpte);
3175         }
3176
3177         /*
3178          * Increment counters
3179          */
3180         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3181
3182         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3183             PTE_V | PTE_R;
3184         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3185                 newl3 |= PTE_X;
3186         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3187                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3188         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3189                 newl3 |= PTE_U;
3190
3191         /*
3192          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3193          * if the new PTE is executable.
3194          */
3195         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3196                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3197
3198         pmap_store(l3, newl3);
3199
3200         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3201         return (mpte);
3202 }
3203
3204 /*
3205  * This code maps large physical mmap regions into the
3206  * processor address space.  Note that some shortcuts
3207  * are taken, but the code works.
3208  */
3209 void
3210 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3211     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3212 {
3213
3214         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3215         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3216             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3217 }
3218
3219 /*
3220  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3221  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3222  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3223  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3224  *
3225  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3226  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3227  */
3228 void
3229 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3230 {
3231         vm_offset_t va_next;
3232         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3233         pt_entry_t *l3, l3e;
3234         bool pv_lists_locked;
3235
3236         pv_lists_locked = false;
3237 retry:
3238         PMAP_LOCK(pmap);
3239         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3240                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3241                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3242                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3243                         if (va_next < sva)
3244                                 va_next = eva;
3245                         continue;
3246                 }
3247
3248                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3249                 if (va_next < sva)
3250                         va_next = eva;
3251
3252                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3253                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3254                         continue;
3255                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3256                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3257                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3258                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3259                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3260                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3261                                 continue;
3262                         } else {
3263                                 if (!pv_lists_locked) {
3264                                         pv_lists_locked = true;
3265                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3266                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3267                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3268                                                 /* Repeat sva. */
3269                                                 goto retry;
3270                                         }
3271                                 }
3272                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3273                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3274                         }
3275                 }
3276
3277                 if (va_next > eva)
3278                         va_next = eva;
3279                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3280                     sva += L3_SIZE) {
3281                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3282                                 continue;
3283                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3284                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3285                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3286
3287                         /*
3288                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3289                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3290                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3291                          */
3292                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3293                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3294                 }
3295         }
3296         if (pv_lists_locked)
3297                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3298         PMAP_UNLOCK(pmap);
3299 }
3300
3301 /*
3302  *      Copy the range specified by src_addr/len
3303  *      from the source map to the range dst_addr/len
3304  *      in the destination map.
3305  *
3306  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3307  */
3308
3309 void
3310 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3311     vm_offset_t src_addr)
3312 {
3313
3314 }
3315
3316 /*
3317  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3318  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3319  */
3320 void
3321 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3322 {
3323         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3324
3325         pagezero((void *)va);
3326 }
3327
3328 /*
3329  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3330  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3331  *
3332  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3333  */
3334 void
3335 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3336 {
3337         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3338
3339         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3340                 pagezero((void *)va);
3341         else
3342                 bzero((char *)va + off, size);
3343 }
3344
3345 /*
3346  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3347  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3348  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3349  *      time.
3350  */
3351 void
3352 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3353 {
3354         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3355         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3356
3357         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3358 }
3359
3360 int unmapped_buf_allowed = 1;
3361
3362 void
3363 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3364     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3365 {
3366         void *a_cp, *b_cp;
3367         vm_page_t m_a, m_b;
3368         vm_paddr_t p_a, p_b;
3369         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3370         int cnt;
3371
3372         while (xfersize > 0) {
3373                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3374                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3375                 p_a = m_a->phys_addr;
3376                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3377                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3378                 p_b = m_b->phys_addr;
3379                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3380                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3381                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3382                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3383                 } else {
3384                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3385                 }
3386                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3387                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3388                 } else {
3389                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3390                 }
3391                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3392                 a_offset += cnt;
3393                 b_offset += cnt;
3394                 xfersize -= cnt;
3395         }
3396 }
3397
3398 vm_offset_t
3399 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3400 {
3401
3402         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3403 }
3404
3405 void
3406 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3407 {
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3412  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3413  * be changed upwards or downwards in the future; it
3414  * is only necessary that true be returned for a small
3415  * subset of pmaps for proper page aging.
3416  */
3417 boolean_t
3418 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3419 {
3420         struct md_page *pvh;
3421         struct rwlock *lock;
3422         pv_entry_t pv;
3423         int loops = 0;
3424         boolean_t rv;
3425
3426         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3427             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3428         rv = FALSE;
3429         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3430         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3431         rw_rlock(lock);
3432         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3433                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3434                         rv = TRUE;
3435                         break;
3436                 }
3437                 loops++;
3438                 if (loops >= 16)
3439                         break;
3440         }
3441         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3442                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3443                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3444                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3445                                 rv = TRUE;
3446                                 break;
3447                         }
3448                         loops++;
3449                         if (loops >= 16)
3450                                 break;
3451                 }
3452         }
3453         rw_runlock(lock);
3454         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3455         return (rv);
3456 }
3457
3458 /*
3459  *      pmap_page_wired_mappings:
3460  *
3461  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3462  *      that are wired.
3463  */
3464 int
3465 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3466 {
3467         struct md_page *pvh;
3468         struct rwlock *lock;
3469         pmap_t pmap;
3470         pd_entry_t *l2;
3471         pt_entry_t *l3;
3472         pv_entry_t pv;
3473         int count, md_gen, pvh_gen;
3474
3475         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3476                 return (0);
3477         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3478         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3479         rw_rlock(lock);
3480 restart:
3481         count = 0;
3482         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3483                 pmap = PV_PMAP(pv);
3484                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3485                         md_gen = m->md.pv_gen;
3486                         rw_runlock(lock);
3487                         PMAP_LOCK(pmap);
3488                         rw_rlock(lock);
3489                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3490                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3491                                 goto restart;
3492                         }
3493                 }
3494                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3495                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3496                         count++;
3497                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3498         }
3499         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3500                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3501                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3502                         pmap = PV_PMAP(pv);
3503                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3504                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3505                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3506                                 rw_runlock(lock);
3507                                 PMAP_LOCK(pmap);
3508                                 rw_rlock(lock);
3509                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3510                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3511                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3512                                         goto restart;
3513                                 }
3514                         }
3515                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3516                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3517                                 count++;
3518                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3519                 }
3520         }
3521         rw_runlock(lock);
3522         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3523         return (count);
3524 }
3525
3526 /*
3527  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3528  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3529  */
3530 bool
3531 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3532 {
3533         struct rwlock *lock;
3534         bool rv;
3535
3536         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3537                 return (false);
3538         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3539         rw_rlock(lock);
3540         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3541             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3542             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3543         rw_runlock(lock);
3544         return (rv);
3545 }
3546
3547 static void
3548 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3549     struct spglist *free, bool superpage)
3550 {
3551         struct md_page *pvh;
3552         vm_page_t mpte, mt;
3553
3554         if (superpage) {
3555                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3556                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3557                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3558                 pvh->pv_gen++;
3559                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3560                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3561                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3562                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3563                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3564                 }
3565                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3566                 if (mpte != NULL) {
3567                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3568                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3569                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3570                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3571                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3572                         mpte->ref_count = 0;
3573                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3574                 }
3575         } else {
3576                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3577                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3578                 m->md.pv_gen++;
3579                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3580                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3581                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3582                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3583                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3584                 }
3585         }
3586 }
3587
3588 /*
3589  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3590  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3591  * caller.
3592  *
3593  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3594  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3595  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3596  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3597  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3598  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3599  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3600  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3601  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3602  * this function starts.
3603  */
3604 void
3605 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3606 {
3607         struct spglist free;
3608         pd_entry_t ptepde;
3609         pt_entry_t *pte, tpte;
3610         vm_page_t m, mt;
3611         pv_entry_t pv;
3612         struct pv_chunk *pc, *npc;
3613         struct rwlock *lock;
3614         int64_t bit;
3615         uint64_t inuse, bitmask;
3616         int allfree, field, freed, idx;
3617         bool superpage;
3618
3619         lock = NULL;
3620
3621         SLIST_INIT(&free);
3622         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3623         PMAP_LOCK(pmap);
3624         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3625                 allfree = 1;
3626                 freed = 0;
3627                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3628                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3629                         while (inuse != 0) {
3630                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3631                                 bitmask = 1UL << bit;
3632                                 idx = field * 64 + bit;
3633                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3634                                 inuse &= ~bitmask;
3635
3636                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3637                                 ptepde = pmap_load(pte);
3638                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3639                                 tpte = pmap_load(pte);
3640                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3641                                         superpage = true;
3642                                 } else {
3643                                         ptepde = tpte;
3644                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3645                                         tpte = pmap_load(pte);
3646                                         superpage = false;
3647                                 }
3648
3649                                 /*
3650                                  * We cannot remove wired pages from a
3651                                  * process' mapping at this time.
3652                                  */
3653                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3654                                         allfree = 0;
3655                                         continue;
3656                                 }
3657
3658                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3659                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3660                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3661                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3662                                     (uintmax_t)tpte));
3663
3664                                 pmap_clear(pte);
3665
3666                                 /*
3667                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3668                                  */
3669                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3670                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3671                                         if (superpage)
3672                                                 for (mt = m;
3673                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3674                                                         vm_page_dirty(mt);
3675                                         else
3676                                                 vm_page_dirty(m);
3677                                 }
3678
3679                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3680
3681                                 /* Mark free */
3682                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3683
3684                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3685                                     superpage);
3686                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3687                                 freed++;
3688                         }
3689                 }
3690                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3691                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3692                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3693                 if (allfree) {
3694                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3695                         free_pv_chunk(pc);
3696                 }
3697         }
3698         if (lock != NULL)
3699                 rw_wunlock(lock);
3700         pmap_invalidate_all(pmap);
3701         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3702         PMAP_UNLOCK(pmap);
3703         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3704 }
3705
3706 static bool
3707 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3708 {
3709         struct md_page *pvh;
3710         struct rwlock *lock;
3711         pd_entry_t *l2;
3712         pt_entry_t *l3, mask;
3713         pv_entry_t pv;
3714         pmap_t pmap;
3715         int md_gen, pvh_gen;
3716         bool rv;
3717
3718         mask = 0;
3719         if (modified)
3720                 mask |= PTE_D;
3721         if (accessed)
3722                 mask |= PTE_A;
3723
3724         rv = FALSE;
3725         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3726         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3727         rw_rlock(lock);
3728 restart:
3729         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3730                 pmap = PV_PMAP(pv);
3731                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3732                         md_gen = m->md.pv_gen;
3733                         rw_runlock(lock);
3734                         PMAP_LOCK(pmap);
3735                         rw_rlock(lock);
3736                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3737                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3738                                 goto restart;
3739                         }
3740                 }
3741                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3742                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3743                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3744                 if (rv)
3745                         goto out;
3746         }
3747         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3748                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3749                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3750                         pmap = PV_PMAP(pv);
3751                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3752                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3753                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3754                                 rw_runlock(lock);
3755                                 PMAP_LOCK(pmap);
3756                                 rw_rlock(lock);
3757                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3758                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3759                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3760                                         goto restart;
3761                                 }
3762                         }
3763                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3764                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3765                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3766                         if (rv)
3767                                 goto out;
3768                 }
3769         }
3770 out:
3771         rw_runlock(lock);
3772         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3773         return (rv);
3774 }
3775
3776 /*
3777  *      pmap_is_modified:
3778  *
3779  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3780  *      in any physical maps.
3781  */
3782 boolean_t
3783 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3784 {
3785
3786         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3787             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3788
3789         /*
3790          * If the page is not busied then this check is racy.
3791          */
3792         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3793                 return (FALSE);
3794         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3795 }
3796
3797 /*
3798  *      pmap_is_prefaultable:
3799  *
3800  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3801  *      for prefault.
3802  */
3803 boolean_t
3804 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3805 {
3806         pt_entry_t *l3;
3807         boolean_t rv;
3808
3809         rv = FALSE;
3810         PMAP_LOCK(pmap);
3811         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3812         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) != 0) {
3813                 rv = TRUE;
3814         }
3815         PMAP_UNLOCK(pmap);
3816         return (rv);
3817 }
3818
3819 /*
3820  *      pmap_is_referenced:
3821  *
3822  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3823  *      in any physical maps.
3824  */
3825 boolean_t
3826 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3827 {
3828
3829         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3830             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3831         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3832 }
3833
3834 /*
3835  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3836  */
3837 void
3838 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3839 {
3840         struct md_page *pvh;
3841         struct rwlock *lock;
3842         pmap_t pmap;
3843         pd_entry_t *l2;
3844         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3845         pv_entry_t next_pv, pv;
3846         vm_offset_t va;
3847         int md_gen, pvh_gen;
3848
3849         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3850             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3851         vm_page_assert_busied(m);
3852
3853         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3854                 return;
3855         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3856         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3857             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3858         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3859 retry_pv_loop:
3860         rw_wlock(lock);
3861         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3862                 pmap = PV_PMAP(pv);
3863                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3864                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3865                         rw_wunlock(lock);
3866                         PMAP_LOCK(pmap);
3867                         rw_wlock(lock);
3868                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3869                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3870                                 rw_wunlock(lock);
3871                                 goto retry_pv_loop;
3872                         }
3873                 }
3874                 va = pv->pv_va;
3875                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3876                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3877                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3878                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3879                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3880                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3881                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3882         }
3883         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3884                 pmap = PV_PMAP(pv);
3885                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3886                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3887                         md_gen = m->md.pv_gen;
3888                         rw_wunlock(lock);
3889                         PMAP_LOCK(pmap);
3890                         rw_wlock(lock);
3891                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3892                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3893                                 rw_wunlock(lock);
3894                                 goto retry_pv_loop;
3895                         }
3896                 }
3897                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3898                 oldl3 = pmap_load(l3);
3899 retry:
3900                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3901                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3902                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3903                                 goto retry;
3904                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3905                                 vm_page_dirty(m);
3906                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3907                 }
3908                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3909         }
3910         rw_wunlock(lock);
3911         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3912         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3913 }
3914
3915 /*
3916  *      pmap_ts_referenced:
3917  *
3918  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3919  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3920  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3921  *      reference bits set.
3922  *
3923  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3924  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3925  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3926  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3927  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3928  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3929  *      to pmap_is_modified().
3930  */
3931 int
3932 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3933 {
3934         struct spglist free;
3935         struct md_page *pvh;
3936         struct rwlock *lock;
3937         pv_entry_t pv, pvf;
3938         pmap_t pmap;
3939         pd_entry_t *l2, l2e;
3940         pt_entry_t *l3, l3e;
3941         vm_paddr_t pa;
3942         vm_offset_t va;
3943         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3944
3945         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3946             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3947         SLIST_INIT(&free);
3948         cleared = 0;
3949         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3950         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
3951
3952         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
3953         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3954         rw_wlock(lock);
3955 retry:
3956         not_cleared = 0;
3957         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
3958                 goto small_mappings;
3959         pv = pvf;
3960         do {
3961                 pmap = PV_PMAP(pv);
3962                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3963                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3964                         rw_wunlock(lock);
3965                         PMAP_LOCK(pmap);
3966                         rw_wlock(lock);
3967                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3968                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3969                                 goto retry;
3970                         }
3971                 }
3972                 va = pv->pv_va;
3973                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3974                 l2e = pmap_load(l2);
3975                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
3976                         /*
3977                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
3978                          * this function is called at a 4KB page granularity,
3979                          * we only update the 4KB page under test.
3980                          */
3981                         vm_page_dirty(m);
3982                 }
3983                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
3984                         /*
3985                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
3986                          * pages, it should not be cleared every time it is
3987                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
3988                          * physical page number, the virtual superpage number,
3989                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
3990                          * the 512 on which testing the reference bit will
3991                          * result in clearing that reference bit.  This
3992                          * function is designed to avoid the selection of the
3993                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
3994                          *
3995                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
3996                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
3997                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
3998                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
3999                          * since the superpage is wired, the current state of
4000                          * its reference bit won't affect page replacement.
4001                          */
4002                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4003                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4004                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4005                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4006                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4007                                 cleared++;
4008                         } else
4009                                 not_cleared++;
4010                 }
4011                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4012                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4013                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4014                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4015                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4016                         pvh->pv_gen++;
4017                 }
4018                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4019                         goto out;
4020         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4021 small_mappings:
4022         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4023                 goto out;
4024         pv = pvf;
4025         do {
4026                 pmap = PV_PMAP(pv);
4027                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4028                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4029                         md_gen = m->md.pv_gen;
4030                         rw_wunlock(lock);
4031                         PMAP_LOCK(pmap);
4032                         rw_wlock(lock);
4033                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4034                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4035                                 goto retry;
4036                         }
4037                 }
4038                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4039
4040                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4041                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4042
4043                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4044                 l3e = pmap_load(l3);
4045                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4046                         vm_page_dirty(m);
4047                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4048                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4049                                 /*
4050                                  * Wired pages cannot be paged out so
4051                                  * doing accessed bit emulation for
4052                                  * them is wasted effort. We do the
4053                                  * hard work for unwired pages only.
4054                                  */
4055                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4056                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4057                                 cleared++;
4058                         } else
4059                                 not_cleared++;
4060                 }
4061                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4062                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4063                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4064                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4065                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4066                         m->md.pv_gen++;
4067                 }
4068         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4069             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4070 out:
4071         rw_wunlock(lock);
4072         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4073         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4074         return (cleared + not_cleared);
4075 }
4076
4077 /*
4078  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4079  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4080  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4081  */
4082 void
4083 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4084 {
4085 }
4086
4087 /*
4088  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4089  */
4090 void
4091 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4092 {
4093         struct md_page *pvh;
4094         struct rwlock *lock;
4095         pmap_t pmap;
4096         pv_entry_t next_pv, pv;
4097         pd_entry_t *l2, oldl2;
4098         pt_entry_t *l3;
4099         vm_offset_t va;
4100         int md_gen, pvh_gen;
4101
4102         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4103             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4104         vm_page_assert_busied(m);
4105
4106         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4107                 return;
4108
4109         /*
4110          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4111          * If the object containing the page is locked and the page is not
4112          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4113          */
4114         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4115                 return;
4116         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4117             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4118         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4119         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4120         rw_wlock(lock);
4121 restart:
4122         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4123                 pmap = PV_PMAP(pv);
4124                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4125                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4126                         rw_wunlock(lock);
4127                         PMAP_LOCK(pmap);
4128                         rw_wlock(lock);
4129                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4130                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4131                                 goto restart;
4132                         }
4133                 }
4134                 va = pv->pv_va;
4135                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4136                 oldl2 = pmap_load(l2);
4137                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4138                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4139                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4140                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4141                         /*
4142                          * Write protect the mapping to a single page so that
4143                          * a subsequent write access may repromote.
4144                          */
4145                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4146                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4147                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4148                         vm_page_dirty(m);
4149                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4150                 }
4151                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4152         }
4153         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4154                 pmap = PV_PMAP(pv);
4155                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4156                         md_gen = m->md.pv_gen;
4157                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4158                         rw_wunlock(lock);
4159                         PMAP_LOCK(pmap);
4160                         rw_wlock(lock);
4161                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4162                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4163                                 goto restart;
4164                         }
4165                 }
4166                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4167                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4168                     ("pmap_clear_modify: found a 2mpage in page %p's pv list",
4169                     m));
4170                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4171                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4172                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4173                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4174                 }
4175                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4176         }
4177         rw_wunlock(lock);
4178         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4179 }
4180
4181 void *
4182 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4183 {
4184
4185         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4186 }
4187
4188 void
4189 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4190 {
4191 }
4192
4193 /*
4194  * Sets the memory attribute for the specified page.
4195  */
4196 void
4197 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4198 {
4199
4200         m->md.pv_memattr = ma;
4201 }
4202
4203 /*
4204  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4205  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4206  * find other mappings.
4207  */
4208 int
4209 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4210 {
4211         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4212         vm_paddr_t pa;
4213         int val;
4214         bool managed;
4215
4216         PMAP_LOCK(pmap);
4217         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4218         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4219                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4220                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4221                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_PSIND(1);
4222                 } else {
4223                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4224                         tpte = pmap_load(l3);
4225                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4226                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4227                                 return (0);
4228                         }
4229                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4230                         val = MINCORE_INCORE;
4231                 }
4232
4233                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4234                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4235                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4236                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4237                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4238         } else {
4239                 managed = false;
4240                 val = 0;
4241         }
4242         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4243             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4244                 *pap = pa;
4245         }
4246         PMAP_UNLOCK(pmap);
4247         return (val);
4248 }
4249
4250 void
4251 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4252 {
4253         pmap_t oldpmap, pmap;
4254         u_int hart;
4255
4256         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4257         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4258         if (pmap == oldpmap)
4259                 return;
4260         load_satp(pmap->pm_satp);
4261
4262         hart = PCPU_GET(hart);
4263 #ifdef SMP
4264         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4265         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4266 #else
4267         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4268         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4269 #endif
4270         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4271
4272         sfence_vma();
4273 }
4274
4275 void
4276 pmap_activate(struct thread *td)
4277 {
4278
4279         critical_enter();
4280         pmap_activate_sw(td);
4281         critical_exit();
4282 }
4283
4284 void
4285 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4286 {
4287         u_int hart;
4288
4289         hart = PCPU_GET(hart);
4290 #ifdef SMP
4291         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4292 #else
4293         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4294 #endif
4295         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4296 }
4297
4298 void
4299 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4300 {
4301         cpuset_t mask;
4302
4303         /*
4304          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4305          *
4306          * "To make a store to instruction memory visible to all
4307          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4308          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4309          * FENCE.I."
4310          *
4311          * However, this is slightly misleading; we still need to
4312          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4313          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4314          * local hart.
4315          */
4316         sched_pin();
4317         mask = all_harts;
4318         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4319         fence_i();
4320         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4321                 fence();
4322                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4323         }
4324         sched_unpin();
4325 }
4326
4327 /*
4328  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4329  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4330  */
4331 void
4332 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4333     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4334 {
4335         vm_offset_t superpage_offset;
4336
4337         if (size < L2_SIZE)
4338                 return;
4339         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4340                 offset += ptoa(object->pg_color);
4341         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4342         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4343             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4344                 return;
4345         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4346                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4347         else
4348                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4349 }
4350
4351 /**
4352  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4353  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4354  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4355  *
4356  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4357  *                    address on the kernel memory map.
4358  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4359  *                    of the pages passed in the page parameter.
4360  * \param count       Number of pages passed in.
4361  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4362  *                    page faults, FALSE otherwise.
4363  *
4364  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4365  *          finished or FALSE otherwise.
4366  *
4367  */
4368 boolean_t
4369 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4370     boolean_t can_fault)
4371 {
4372         vm_paddr_t paddr;
4373         boolean_t needs_mapping;
4374         int error, i;
4375
4376         /*
4377          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4378          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4379          */
4380         needs_mapping = FALSE;
4381         for (i = 0; i < count; i++) {
4382                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4383                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4384                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4385                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4386                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4387                         needs_mapping = TRUE;
4388                 } else {
4389                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4390                 }
4391         }
4392
4393         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4394         if (!needs_mapping)
4395                 return (FALSE);
4396
4397         if (!can_fault)
4398                 sched_pin();
4399         for (i = 0; i < count; i++) {
4400                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4401                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4402                         panic(
4403                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4404                 }
4405         }
4406
4407         return (needs_mapping);
4408 }
4409
4410 void
4411 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4412     boolean_t can_fault)
4413 {
4414         vm_paddr_t paddr;
4415         int i;
4416
4417         if (!can_fault)
4418                 sched_unpin();
4419         for (i = 0; i < count; i++) {
4420                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4421                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4422                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4423                 }
4424         }
4425 }
4426
4427 boolean_t
4428 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4429 {
4430
4431         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4432 }
4433
4434 bool
4435 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4436     pt_entry_t **l3)
4437 {
4438         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4439
4440         /* Get l1 directory entry. */
4441         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4442         *l1 = l1p;
4443
4444         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4445                 return (false);
4446
4447         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4448                 *l2 = NULL;
4449                 *l3 = NULL;
4450                 return (true);
4451         }
4452
4453         /* Get l2 directory entry. */
4454         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4455         *l2 = l2p;
4456
4457         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4458                 return (false);
4459
4460         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4461                 *l3 = NULL;
4462                 return (true);
4463         }
4464
4465         /* Get l3 page table entry. */
4466         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4467
4468         return (true);
4469 }
4470
4471 /*
4472  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4473  * in various mapping attributes.
4474  */
4475 struct pmap_kernel_map_range {
4476         vm_offset_t sva;
4477         pt_entry_t attrs;
4478         int l3pages;
4479         int l2pages;
4480         int l1pages;
4481 };
4482
4483 static void
4484 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4485     vm_offset_t eva)
4486 {
4487
4488         if (eva <= range->sva)
4489                 return;
4490
4491         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4492             range->sva, eva,
4493             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4494             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4495             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4496             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4497             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4498
4499         /* Reset to sentinel value. */
4500         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4501 }
4502
4503 /*
4504  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4505  * being tracked by the current range.
4506  */
4507 static bool
4508 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4509 {
4510
4511         return (range->attrs == attrs);
4512 }
4513
4514 static void
4515 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4516     pt_entry_t attrs)
4517 {
4518
4519         memset(range, 0, sizeof(*range));
4520         range->sva = va;
4521         range->attrs = attrs;
4522 }
4523
4524 /*
4525  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4526  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4527  * begin a new run.
4528  */
4529 static void
4530 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4531     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4532 {
4533         pt_entry_t attrs;
4534
4535         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4536         attrs = l1e & PTE_G;
4537         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4538                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4539         else if (l2e != 0)
4540                 attrs |= l2e & PTE_G;
4541         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4542                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4543         else if (l3e != 0)
4544                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4545
4546         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4547                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4548                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4549         }
4550 }
4551
4552 static int
4553 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4554 {
4555         struct pmap_kernel_map_range range;
4556         struct sbuf sbuf, *sb;
4557         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4558         pt_entry_t *l3, l3e;
4559         vm_offset_t sva;
4560         vm_paddr_t pa;
4561         int error, i, j, k;
4562
4563         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4564         if (error != 0)
4565                 return (error);
4566         sb = &sbuf;
4567         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4568
4569         /* Sentinel value. */
4570         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4571
4572         /*
4573          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4574          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4575          * observe inconsistencies in the output.
4576          */
4577         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4578         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4579                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4580                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4581                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4582                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4583
4584                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4585                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4586                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4587                         sva += L1_SIZE;
4588                         continue;
4589                 }
4590                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4591                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4592                         range.l1pages++;
4593                         sva += L1_SIZE;
4594                         continue;
4595                 }
4596                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4597                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4598
4599                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4600                         l2e = l2[j];
4601                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4602                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4603                                 sva += L2_SIZE;
4604                                 continue;
4605                         }
4606                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4607                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4608                                 range.l2pages++;
4609                                 sva += L2_SIZE;
4610                                 continue;
4611                         }
4612                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4613                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4614
4615                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4616                             sva += L3_SIZE) {
4617                                 l3e = l3[k];
4618                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4619                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4620                                         continue;
4621                                 }
4622                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4623                                     l1e, l2e, l3e);
4624                                 range.l3pages++;
4625                         }
4626                 }
4627         }
4628
4629         error = sbuf_finish(sb);
4630         sbuf_delete(sb);
4631         return (error);
4632 }
4633 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4634     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4635     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4636     "Dump kernel address layout");